магнетизм — это… Что такое магнетизм?

МАГНЕТИЗМ — 1) особая форма вз ствия между электрич. токами, между токами и магнитами (т. е. телами с магнитным моментом) и между магнитами; 2) раздел физики, изучающий это взаимодействие и св ва в в (магнетиков), в к рых оно проявляется. Основные проявления …   Физическая энциклопедия

магнетизм — а, м. magnétisme m. 1. Свойство некоторых тел (магнитов) притягивать к себе или отталкивать от себя другие тела. БАС 1.Магнетизм есть всеобще имя различным свойствам магнита. Карамзин ДВ 11 118. 2. устар. Гипнотическое внушение; гипноз. БАС 1.… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

МАГНЕТИЗМ — новолатинск. magnetismus, от лат. magnes, магнит, а) Способность магнита притягивать железо, b) Животный магнетизм, или месмеризм существует в каждом человеке и при известных условиях действует на другого человека, который становится тогда вялым …   Словарь иностранных слов русского языка

МАГНЕТИЗМ — МАГНЕТИЗМ, магнетизма, мн. нет, муж. (от греч. magnetis магнит). 1. Свойство магнита (в 1 знач.; физ.). 2. Учение о магнитных явлениях (физ.). 3. То же, что животный магнетизм (устар.; см. ниже). «Силой магнетизма стихов российских механизма едва …   Толковый словарь Ушакова

магнетизм — внушение, сила, гипноз, аппетитность, гипнотизация, гипнотизирование, гипнотизм, приманчивость Словарь русских синонимов. магнетизм 1. см. гипноз. 2. см …   Словарь синонимов

МАГНЕТИЗМ — (от греч. magnetis магнит) 1) раздел физики, изучающий взаимодействие движущихся электрически заряженных частиц (тел) или частиц (тел) с магнитным моментом, осуществляемое магнитным полем.2) Общее наименование проявлений этого взаимодействия. В… …   Большой Энциклопедический словарь

МАГНЕТИЗМ — (Magnetism) сила, действующая между телами, приведенными в особое намагниченное состояние, выражающаяся в их взаимном притяжении или отталкивании, а также учение о магнитных явлениях. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно… …   Морской словарь

МАГНЕТИЗМ — МАГНЕТИЗМ, свойство некоторых минералов и металлов притягивать к себе кусочки железа или стали. Пространство, где проявляются магнитные силы притяжения или отталкивания, называется магнитным полем. Фарадей (Faraday) показал, что магнитные… …   Большая медицинская энциклопедия

МАГНЕТИЗМ — (от греческого magnetis магнит, от Magnetis lithos, буквально камень из Магнесии, древнего города в Малой Азии), раздел физики, изучающий взаимодействие микрочастиц (или тел), обладающих магнитным моментом, друг с другом или с внешним магнитным… …   Современная энциклопедия

МАГНЕТИЗМ — МАГНЕТИЗМ, свойства вещества или электрических токов, связанные с силовым полем (МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ) и с полярностью север юг (магнитными полюсами). Все вещества обладают такими свойствами в той или иной степени, потому что вращающиеся по орбите… …   Научно-технический энциклопедический словарь

МАГНЕТИЗМ — МАГНЕТИЗМ, а, муж. 1. Совокупность явлений, связанных с действием свойств магнита (спец.). Земной м. 2. перен. Притягательная сила (устар.). М. чьих н. слов, взгляда. | прил. магнетический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю.… …   Толковый словарь Ожегова

Магнетизм — это… Что такое Магнетизм?

Магнети́зм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).

История

Основная статья: История теории электромагнетизма

Древнее время

Китай

Существуют различные сведения о первом упоминании магнитов, обычно рассматривающихся в истории Древнего мира в контексте компаса или религиозных культов. Согласно одним оценкам, магнетит или магнитный железняк впервые был открыт в Китае за четыре тысячи лет до н. э. При этом отмечается, что западным исследователям свойственно отдавать приоритет в открытии магнетизма древним грекам.^[1] Первые упоминания в летописях о применении магнитных материалов восходят к третьему тысячелетию до н. э., когда легендарный китайский император Хуан-ди использовал компас во время битвы.

[2] Однако по иной версии, он использовал так называемые колесницы, указывающие на юг.^{[3][Комм 1]} Китайские мореплаватели конца второго тысячелетия до н. э. использовали компас для морской навигации.^[4][5] В целом, время его изобретения оценивается между 2637 и 1100 годами до н. э.^{[6][Комм 2]} Компас в виде ложки на гладкой поверхности (кит. 指南针, zhǐ nán zhēn^[7] — ложка, смотрящая на юг) использовался в династии Хань (III век до н. э.) для предсказаний.^[8] Согласно иной версии, первое упоминание магнита и магнитного компаса было сделано лишь в IV веке до н. э. в «Книге владельца Долины дьявола», а сам компас уже тогда выглядел как использовавшийся век спустя в фэншуе.

[9]^[10] Притяжение магнитом железа объяснялось с позиции проявления высших сил:^[11]

Если ты думаешь, что как магнитный железняк может притягивать железо, ты так же можешь заставить его притянуть куски керамики, то ты заблуждаешься… Магнитный железняк может притягивать железо, но не взаимодействует с медью. Таково движение Дао. Оригинальный текст  (англ.)   If you think that because the lodestone can attract iron you can also make it attract pieces of pottery, you will find yourself mistaken… The lodestone can attract iron but has no effect on copper. Such is the motion of the Tao [Dao]. — Хуайнань-цзы

Яков Перельман в «Занимательной физике» отмечал, что китайское название магнита тшу-ши (кит. 天然磁石^[12]) переводится как любящий камень за притяжение железа, подобное отношениям между матерью и ребенком.^[13] Однако подобные аналогии воздействия магнита на железо имеются и в других языках.^[3]

Индия

Плиний Старший в своем труде Naturalis Historia упоминал о горе возле реки Инд (лат. Indus), которая притягивала железо. Индийский врач Сушрута, живший в VI веке до н. э., применял магниты в хирургических целях.

[14] Происхождение индийского компаса доподлинно неизвестно, но он упоминался уже в VI веке нашей эры в некоторых тамильских книгах по морской навигации под названием «рыбья машина» (санскр. maccha-yantra). В военном руководстве, датируемом 1044 годом был описан подобный компас в виде рыбы с головой из намагниченного железа, помещенной плавать в чашу.^[1][15]

Греция

Магнетит был хорошо известен древним грекам. Тит Лукреций Кар в своём сочинении «О природе вещей» (лат. De rerum natura, I век до н. э.) писал, что камень, притягивающий железо назывался в Греции магнитом по имени провинции Магнисия в Фессалии. По версии Плиния Старшего, слово «магнит» произошло от имени пастуха Магнеса

[16]

гвозди из обуви которого и наконечник его посоха были притянуты магнитным полем, когда он вывел на пастбище своё стадо. Оригинальный текст  (англ.)   the nails of whose shoes and the tip of whose staff stuck fast in a magnetick field while he pastured his flocks.

Другое греческое название магнита — «Геркулесов камень».^[17]

Первые греческие письменные упоминания магнетита относятся к VIII веку до н. э.^[18] Фалес Милетский (VII—VI вв. до н. э.) первым обратил внимание, что он притягивает железо.^[19] Различные философские школы объясняли его необычные свойства по-своему. Фалес и Анаксагор считали, что магнетит обладает душой, тянущейся к железу.

[20]^[21] Современник Анаксагора, Диоген из Аполлонии считал, что железо имеет некую «влажность» и магнит поглощает её.^[21] По иным теориям, магниты выделяли некоторые испарения, приводившие к наблюдавшимся результатам. Эмпедокл Акрагантский полагал, что магнитное взаимодействие имеет механическую природу, и для его проявления необходим прямой контакт между магнитом и железом.^[22] Эффект появления силы притяжения у железных колец, притянутых к магниту, был отмечен Сократом.^[23] Четыре века спустя, Лукреций Кар первым отметил, что магнитные материалы могут отталкиваться.

[21]

Средние века и эпоха Великих географических открытий

Во времена средневековья накопление новых знаний и теорий о природе магнетизма практически отсутствовало. Лишь монахами высказывались некоторые теологические предположения.^[24] Но в народном творчестве различных стран (не только европейских, но и арабских: см. «Тысяча и одна ночь») иногда упоминались магнитные горы или острова, способные притягивать все металлические предметы вокруг.^[20][3]

Согласно одной из европейских легенд, магнитный компас изобрел бедный ювелир Флавио Джойя, чтобы жениться на дочери богатого рыбака Доменико. Отец не желал себе такого зятя и поставил условие научиться плавать по прямой линии в тумане ночью. Находчивый ювелир заметил, что пробка с лежащим на ней магнитным камнем, помещенная в чашку с водой всегда ориентируется в одну сторону, и сумел выполнить сложное задание. В действительности же, «ювелиром» был папский секретарь Флавио Бьондо, в 1450 году описавший знание жителей Амальфи о компасе.

[3]

Впервые в Европе компас был упомянут в 1187 году англичанином Александром Неккамом в своих трудах De utensilibus и De naturis rerum^[20].

Развитие магнетизма как науки

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Угол, на который отклоняется магнитная стрелка от направления север — юг, называют магнитным склонением. Христофор Колумб установил, что магнитное склонение зависит от географических координат, что послужило толчком к исследованию этого нового свойства магнитного поля Земли.

Практически все накопленные к началу XVII века сведения о магнитах подытожили в 1589 году книгой «Естественная магия» Ион Баптиста Порта и в 1600 году Уильям Гильберт своим трудом «лат. De Magnete». Магнитным силам эти учёные приписывали духовное происхождение. Русский ученый М. В. Ломоносов в 1759 г. в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса. Для изучения земного магнетизма М. В. Ломоносов рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитных обсерваторий была осуществлена лишь спустя 60 лет в России. Первую подробную материалистическую теорию магнетизма составил Р. Декарт. Теорию магнетизма разрабатывали также Ф. У. Т. Эпинус, Ш. Кулон, в 1788 году обобщивший закон Кулона на случай взаимодействия точечных полюсов магнита, А. Бургманс, которому принадлежит открытие притяжения и отталкивания слабомагнитных веществ (названных М. Фарадеем в 1845 году диа- и парамагнетиками), и другие учёные.

Одной из важнейших вех в истории физики магнитных явлений стало осуществление в 1820 году опыта Эрстеда с магнитной стрелкой, фактически подтолкнувшего учёных к созданию единой теории электромагнитных взаимодействий. В том же году А. М. Ампер высказал гипотезу молекулярных токов, которая конкурировала с гипотезой элементарных магнитиков — магнитных диполей, детально разработанной В. Э. Вебером и развитой позднее Дж. А. Юингом. В 1831 г. английским полярным исследователем Джоном Россом в Канадском архипелаге был открыт магнитный полюс — область, где магнитная стрелка занимает вертикальное положение, то есть наклонение равно 90°. В 1841 г. Джеймс Росс (племянник Джона Росса) достиг другого магнитного полюса Земли, находящегося в Антарктиде.

В 1831 году М. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции и впервые ввёл в обращение термин «магнитное поле». В 1834 году русский академик Э. Х. Ленц установил правило о направлении индукционного тока и связанного с ним магнитного поля. В 1873 году начало современной электродинамике положило опубликование «Трактата об электричестве и магнетизме» Дж. К. Максвелла и экспериментальное обнаружение в 1888 году Г. Р. Герцем предсказанных в этом трактате электромагнитных волн. Взаимодействия электромагнитного поля с веществом рассматривал Х. А. Лорентц, создавший электронную теорию магнитных свойств и объяснивший в её рамках открытый в 1896 году эффект Зеемана.

В 1905 году П. Ланжевен на основе теоремы Лармора и электронной теории Лорентца развил классическую трактовку теории диа- и парамагнетизма.

Количественные характеристики

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. В среде вводится также вектор напряжённости магнитного поля.

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

В таблице ниже приведены размерности и единицы измерения магнитных величин, отнесённых к системе СИ.^[25][26] Колонка с обозначениями может содержать несколько вариантов, если они достаточно распространены в литературе. Используются следующие обозначения:

• c — скорость света
• M — единица массы
• L — единица длины
• T — единица времени
• I — единица силы тока

Величина	Обозначение	Размерность	СИ	Гаусова система (англ. Gaussian units)	СГСМ	СГСЭ
Магнитный дипольный момент	p, m, μ	IL2	1 А·м2	103эрг/Гс	103 Би·см2	105c Фр·см2
Индукция магнитного поля	B	MT−2I−1	1 Тл	104Гс	104Гс	100/c СГСЭ
Напряжённость магнитного поля	H	IL−1	1 А·м−1	4π·10-3Э	4π·10-3Э	4πc·10-1 СГСЭ
Намагниченность	M, J	IL−1	1 А·м−1	10−3Э	4π·10-3Э	4πc·10-1 СГСЭ
Магнитная восприимчивость	χ	1	1	4π	4π	4π
Магнитная проницаемость (размерная, )	μ	MLT−2I−2	1 Гн·м−1	107/4π Гс/Э	107/4π Гс/Э	1000/4πc2 СГСЭ
Магнитный поток	Φ	ML2T−2I−1	1 Вб	108Мкс2	108Мкс	1/10c СГСЭ
Векторный потенциал	A	MLT−2I−1	1 Вб·м−1	106Гс·см	106Мкс·см−1	1/c·104 СГСЭ
Индуктивность	L	ML2T−2I−2	1 Гн	109 абгенри	109 абгенри	105/c2 СГСЭ
Магнитодвижущая сила	F	I	1 А	4π·10-3Гб	4π·10-3Гб	4πc·109 СГСЭ

Основные уравнения и законы

Современная теория магнетизма базируется на следующих основных уравнениях и законах:

Магнитные явления в материальных средах

Постоянное магнитное поле в веществах

Микроскопические уравнения

На микроскопическом уровне электромагнитные поля задаются уравнениями Лоренца — Максвелла (так называемые, микроскопические уравнения). Магнитное поле с микроскопической напряженностью h описывается системой из двух уравнений (СГС):

где e — микроскопическая напряжённость электрического поля, а произведение плотности электрических зарядов на их скорость соответствует плотности тока. Микроскопические поля являются истинными, то есть возбуждаемыми движением элементарных зарядов в атомах и оно сильно зависит от координат. Здесь ток ассоциируется с орбитальным и спиновым движением внутри атомов (молекулярные токи, концепцию которых предложил Ампер^[27]). Переход к макроскопическим уравнениям происходит путём усреднения уравнений Лоренца — Максвелла. При этом среднюю напряжённость микроскопического магнитного поля называют магнитной индукцией^{[28][29][Комм 3]}:

Токи намагничивания и элементарные магнитные моменты

Слева: элементарные электрические диполи, создающие суммарный электрический дипольный момент тела.
Справа: магнитные диполи, являющиеся причиной ненулевой намагниченности тела.

Усреднённые по объему молекулярные токи называют токами намагничивания. Когда внешнего поля нет, токи намагничивания в среднем равны нулю, а воздействие внешнего магнитного поля на вещество связано с их появлением. Если бы они были известны, то для вычисления полей было бы достаточно уравнений Максвелла для вакуума. Молекулярные токи можно интерпретировать как круговые токи, циркулирующие в атомах или молекулах вещества.^[30]

С каждым контуром молекулярного тока плотностью j_m можно связать магнитный момент p. Это позволяет рассматривать ненамагниченное вещество как такое, где все магнитные моменты отдельных атомов направлены хаотически, а во внешнем магнитном поле они ориентируются определённым образом, тем самым вызывая изменение магнитного поля.^[31]

В действительности, верную интерпретацию магнетизма может дать только квантовомеханическое рассмотрение, так как существование элементарных магнитных диполей связано с квантованным орбитальным моментом и спином электронов, а не с классическими токами, которые быстро исчезли бы, например, в магнитных диэлектриках. Электрон со спином , может быть охарактеризован магнитным моментом с амплитудой

где g — множитель Ланде,^{[Комм 4]} а  — магнетон Бора. На практике можно измерить лишь одну из трёх компонент вектора магнитного момента (например, проекцию на ось z). Если S — суммарный спин орбитали изолированного атома, то проекция магнитного момента принимает значения^[32]

Атом с полным механическим моментом J обладает магнитным моментом с амплитудой

где множитель Ланде может быть сложной функцией от орбитальных квантовых чисел электронов атома.^[33] Упорядочивание спиновых и орбитальных моментов атомов позволяет наблюдать пара- и ферромагнетизм. Вклад в магнитные свойства веществ дают электроны частично заполненных атомных оболочек. Кроме того, в металлах может быть важным учёт электронов проводимости s-оболочек, магнитный момент которых является делокализированным.^[34]

Применимость макроскопического описания

Являясь квантовыми характеристиками, компоненты оператора спина не коммутируют друг с другом. Однако если ввести оператор среднего спина

где N — количество спинов в системе, то его компоненты будут коммутировать при :

где индексы α, β и γ пробегают по компонентам оператора среднего спина, i — мнимая единица, а  — символ Леви-Чивиты. Это означает, что систему с достаточно большим количеством спинов можно рассматривать как классическую. Феноменологическое описание возможно применять к системам, где возбуждения имеют многочастичный характер (то есть, обменное взаимодействие должно существенно превышать релятивистские взаимодействия, такие как, например, диполь-дипольное).^[35]

Напряжённость магнитного поля. Магнитные параметры вещества

В теореме циркуляции магнитного поля необходимо учесть кроме токов проводимости j молекулярные токи j_m (индукция электрического поля для простоты считается нулевой):

где  — магнитная постоянная.

Величину , характеризующую магнитный момент единицы объема вещества, называют намагниченностью (иногда её обозначают буквой J). Плотность молекулярных токов можно связать с намагниченностью просуммировав их по некоторой площади. Молекулярный ток равен циркуляции магнитного момента по контуру, охватывающему эту площадь. Тогда по теореме Стокса

Ротор намагниченности равен нулю, когда молекулярные токи в отдельных атомах или молекулах вещества ориентированны таким образом, что компенсируют друг друга.

Обычно вводят вспомогательное векторное поле

называемое напряжённостью магнитного поля. Тогда формула для циркуляции магнитного поля записывается как

В слабых полях намагниченность вещества пропорциональна напряжённости поля, что записывают как

где называют магнитной восприимчивостью. Это безразмерная величина, которая может изменяться в значительном диапазоне значений (к примеру, −2,6·10^-5 в серебре^[36] и около 2·10⁵в железе чистотой 99,95 %^[37]) будучи как положительной, так и отрицательной. Связь между индукцией и напряжённостью магнитного поля можно записать как

где величину называют магнитной проницаемостью. В общем случае она является тензорной величиной.^[38]

Классы магнитной симметрии

Отличие между электрическими и магнитными свойствами кристаллов связано с различным поведением токов и зарядов по отношению к изменению знака времени. Обозначим через микроскопическую плотность зарядов в кристалле, а через  — микроскопическую плотность токов в нём, усреднённые по времени. Преобразование временной координаты не меняет знака функции в отличие от функции . Но если состояние кристалла при этом не меняется, то должно выполняться условие , откуда следует, что . Кристаллы, для которых выполняется это условие не обладают магнитной структурой. Электрическая структура при этом существует всегда, так как нет причин, по которым плотность зарядов обращается в нуль при изменении знака времени.^[39] Магнитная структура является малым искажением по отношению к структуре немагнитной фазы и обычно возникает при понижении температуры, поскольку она связана со сравнительно слабыми взаимодействиями глубоко расположенных d- и f-электронов.^[40]

Удобней рассматривать симметрию не функции , а распределения намагниченности .^{[Комм 5]} Она соответствует симметрии расположения усреднённых по времени магнитных моментов в кристаллической решётке. Обозначим операцию преобразования направлений всех токов на противоположное символом R. Классы магнитной симметрии делятся на три типа. К первым двум относятся 32 обычных кристаллических класса и они же, дополненные операцией R. Третий тип составляют 58 классов, в которые R входит только с операциями поворота или отражения. Существует три типа пространственных магнитных групп, объединяющих 1651 группу. Первые два из них, как и в случае магнитных классов, содержат по 230 групп, совпадающих с кристаллографическими без операции R и дополненных ею. Третий класс содержит 1191 группу, в которой R комбинируется с поворотами, отражениями или трансляциями.^[41]

Магнитные классы
Ci (C1)	C3v (C3)
CS (C1)	D3 (C3)
C2 (C1)	D3d (D3, S6, C3v)
C2h (Ci, C2, CS)	C3h (C3)
C2v (D2, C2h, C2v)	C6 (C3)
D2 (C2)	D3h (C3h, C3v, D3)
D2h (D2, C2h, C2v)	C6h (C6, S6, C3h)
C4 (C2)	C6v (C6, C3v)
S4 (C2)	D6 (C6, D3)
D2d (S4, D2, C2v)	D6h (D6, C6h, C3v, D3d, D3h)
D4 (C4, D2)	Th (T)
C4v (C4, C2v)	Oh (T)
C4h (C4, C2h, S4)	Td (T)
D4h (D4, C4h, D2h, C4v, D2h)	Oh (O, Th, Td)
S6 (C3)

Магнитные кристаллического классы полностью определяют макроскопические магнитные свойства тела. Так спонтанная намагниченность кристалла будет присутствовать, если вектор намагниченности, являясь аксиальным вектором, не будет изменяться при преобразовании данного магнитного кристаллического класса.^[42]

Классификация по характеру взаимодействия с магнитным полем

Магнитными свойствами, выраженными в той или иной степени, обладают все вещества.^[43] Причиной взаимодействия с внешним магнитным полем являются собственные или наведённые магнитные моменты, которые ориентируясь определённым образом изменяют поле внутри вещества. Наиболее слабо магнитные эффекты проявляются в диа- и парамагнетиках. Атомы диамагнетиков не обладают собственным магнитным моментом и в соответствии с законом Ленца во внешнем поле внутри них появляются слабые круговые токи, стремящиеся компенсировать его. Атомы парамагнетиков обладают собственными слабыми магнитными моментами, которые при включении внешнего поля ориентируются вдоль него.

Существует несколько классов веществ, в которых взаимодействие между собственными магнитными моментами атомов особо сильное и имея квантовомеханическую природу принципиально не может быть объяснено с помощью аналогий классической физики. Магнитную структуру в них создает обменное взаимодействие.^[44] Вещества, в которых ближайшие магнитные моменты выстраиваются параллельно, называются ферромагнетиками. Антиферромагнетики и ферримагнетики обладают двумя ферромагнитными решётками с противоположными направлениями магнитных моментов, вложенными одна в другую. Различие между ними состоит в том, что решётки в антиферромагнетиках компенсируют друг друга, а в ферримагнетиках магнитные моменты различных решёток различны и суммарный магнитный момент не равен нулю. Говорят, что такие материалы (магнетики) имеют дальний магнитный порядок. Математическое описание магнитных подрешёток^{[Комм 6]} этих трёх классов веществ во многом подобно.

• Ферромагнитное упорядочивание

• Антиферромагнитное упорядочивание

• Ферримагнитное упорядочивание

Также выделяют некоторые искусственные материалы, обладающие ближним магнитным порядком. Спиновые стёкла создаются добавлением магнитных примесей в немагнитные металлы и сплавы. Ансамбли ферро- или ферримагнитных частиц демонстрируют слабые парамагнитные свойства. В таком случае говорят о суперпарамагнетизме.

Магнитные взаимодействия ферро- и антиферромагнетиков

Модель Гейзенберга

При описании ферро- и антиферромагнетиков часто применяют модель Гейзенберга. Она заключается в определении магнитной части гамильтониана кристалла в виде

(ГейзГам)

где индексы n и n’ пробегают по узлам кристаллической решётки, а  — оператор спина в n-м узле. Коэффициент называется обменным интегралом, который обеспечивает магнитное упорядочивание изотропного кристалла. На практике полагают, что он существенно отличен от нуля лишь для ближайших соседей. Множитель ½ учитывает повтор при суммировании спинов по решётке (однако иногда его заносят в значение обменного интеграла). При данном выборе знака перед суммой ферромагнитному упорядочиванию соответствует положительное значение , а антиферромагнитному — отрицательное. Второе слагаемое является энергией взаимодействия системы спинов с магнитным полем (Зеемановская энергия), магнитная индукция которого равна B (здесь g — множитель Ланде,  — магнетон Бора).^[45][46]

Гейзенберовский гамильтониан строится в предположении, что магнитные моменты (и спины, соответственно) локализированы в узлах кристаллической решётки, а орбитальные моменты отсутствуют. Первому условию отвечают ферромагнитные диэлектрики и полупроводники, но для металлов чаще бывает более предпочтительной зонная модель. Допустимость второго условия определяется степенью «замороженности» орибитальных моментов.^[47]

Построить микроскопическую модель антиферромагнетиков, аналогичную модели Гейзенберга невозможно, поэтому на макроскопическом уровне их представляют как совокупность нескольких магнитных подрешёток с противоположными направлениями намагниченности, вложенных одна в другую. Это описание хорошо соответствует экспериментальным данным.^[48]

Модель Изинга

Обменное взаимодействие

Обменное взаимодействия проявляется вследствие кулоновского отталкивания электронов и принципа Паули. Оно является основной причиной, по которой проявляются ферромагнитные свойства веществ.^[49] Так как описывать обменное взаимодействие многоэлектронных систем с помощью микроскопического гамильтониана, учитывающего кинетическую энергию отдельных электронов, непрактично, обычно используют макроскопический гамильтониан, в котором операторы спинов заменяются квазиклассическими векторами спинов в форме Гейзенбергой модели (формула ГейзГам), что является верным для спинов ½. Эмпирически обменный интеграл можно оценить как

где e — заряд электрона, a — постоянная магнитной решётки.^[50] Дать его точную теоретическую оценку очень сложно, поэтому на практике обычно используются экспериментально измеренные значения.^[51]

Обобщение, учитывающее обменную анизотропию (X—Y—Z модель) записывается в виде

где коэффициенты предполагаются слабо различающимися, так как само по себе обменное взаимодействие изотропно.^[52] Макроскопическая плотность энергии для ферромагнетиков, получаемая из Гейзенберовского гамильтониана записывается как

(МакрОбм)

где  — координаты физического пространства, M — вектор намагниченности, константа обменного взаимодействия (в общем случае тензор)

а константа изотропного обмена

Здесь функцию полагают близкой к обменному интегралу при температурах, далёких от температуры Кюри.^[53] Константу A иногда называют константой анизотропного обмена для отличия от . Первое слагаемое в формуле МакрОбм является существенным при рассмотрении неоднородного распределения намагниченности, а второе — для изучения действия механизмов, изменяющих длину вектора намагниченности.^[54] Во многих случаях работает механизм не прямого обмена, связывающего спины соседних атомов через перекрытия их волновых функций и Кулоновскую энергию, а косвенного (РККИ-обменное взаимодействие, суперобмен и др.).^[55]

Релятивистские взаимодействия

Взаимодействия элементарных диполей между собою и с электрическим полем самой кристаллической решётки по своей природе являются релятивистскими. Отношение их энергий к энергии обменного взаимодействия по порядку величины равно , где v — скорость электрона в атоме, c — скорость света. Они приводят к установлению статистического равновесия и образованию избранных направлений намагниченности в кристаллах.^[56]

Диполь-дипольное взаимодействие и магнитостатическая энергия

Под диполь-дипольным взаимодействием (англ.)русск. понимают взаимодействие элементарных магнитных диполей между собой. Оно уменьшается пропорционально кубу расстояния и доминирует над обменным взаимодействием на больших расстояниях, являясь причиной макроскопической намагниченности ферромагнетиков.^[57] К гамильтониану диполь-дипольного взаимодействия можно прийти, заменив классические диполи в формуле энергии взаимодействия двух магнитных моментов

на операторы , где  — радиус-вектор, соединяющий точки расположения диполей,  — магнетон Бора,  — оператор полного орбитального момента, а  — произведение Дираковского фактора Ланде и оператора полного спина атома в узле кристаллической решётки под номером n. Тогда гамильтониан дипольного взаимодействия примет вид

где суммирование производится по всем узлам магнитной подрешётки.^[58]

Переход к макроскопическому описанию даёт выражение для энергии в форме

Первое анизотропное слагаемое в подынтегральном выражении отражает вариации магнитного поля на расстояниях порядка атомных и зависит через тензор от структуры примитивной ячейки кристалла. Второе и третье слагаемые появляются как решение уравнений магнитостатики.^[59]

Магнитная анизотропия

Взаимодействие спинов с электромагнитным полем кристаллической решётки или спин-орбитальное взаимодействие, а также спин-спиновое взаимодействие приводят к появлению магнитной анизотропии. На макроскопическом уровне она наблюдается как энергетическая неэквивалентность различных направлений в кристалле, когда то или иное направление намагниченности по отношению к кристаллографическим осям оказывается более выгодным. В простейшем случае для одноосных ферромагнитных кристаллов, плотность энергии магнитной анизотропии может быть записана в двух эквивалентных формах через нормированный на единицу вектор намагниченности с проекциями , и (эквивалентность здесь означает точность до константы, не зависящей от направления намагниченности):

или

где коэффициент K называют константой анизотропии, а  — угол между направлением вектора намагниченности и главной осью симметрии кристалла. В зависимости от знака K при данном выборе вида энергии говорят о легкоосных (, намагниченность ориентируется вдоль оси для минимизации энергии: ) и легкоплоскостных магнетиках (, намагниченность ориентируется перпендикулярно оси для минимизации энергии: ).^[60]

Кубические кристаллы существенно отличаются от одно- и двухосных по той причине, что их энергия анизотропии определяется членами четвёртого порядка в разложении по компонентам вектора намагниченности, нормированного на единицу:

Вследствие этого, их анизотропия выражена слабее. Для (например, у железа) минимум энергии достигается в направлениях рёбер куба [100], [010] и [001], то есть существует три эквивалентные оси легкого намагничивания. Иначе осями лёгкого намагничивания будут пространственные диагонали куба.^[61]

Зависимость энергии анизотропии от направления (более насыщенный цвет — больше энергия)

Ферромагнетик с одноосной анизотропией. Ось лёгкой намагниченности [001]   Кристалл с кубической сингонией и отрицательной анизотропией ()

Магнитные домены

Магнитные домены в NdFeB (фотография получена методом Керровской микроскопии)

Понятие магнитного домена было введено Пьером Вейсом в 1907 году чтобы дать ответ на вопрос, почему железо будучи ферромагнетиком имеет нулевой магнитный момент при отсутствии внешнего поля. Под ферромагнитными доменами понимают макроскопические области магнитных кристаллов, в которых ориентация вектора спонтанной намагниченности различна. Они существуют при температуре ниже точки Кюри.^[62] Также говорят об антиферромагнитных доменах, подразумевая вектор антиферромагнетизма вместо намагниченности. Однако их существование, строго говоря, не приводит к выигрышу в энергии и обычно связывается с существованием нескольких зародышей антиферромагнитной структуры со случайным направлением намагниченности при переходе антиферромагнетика через точку Неэля.^[63]

Причина появления магнитных доменов в ферромагнетиках была предложена Львом Ландау и Евгением Лифшицем в 1937 году. Они предположили, что их образование приводит к минимизации полной энергии магнетика и поля рассеивания (то есть магнитного поля, создаваемого спонтанной намагниченностью и выходящего за пределы магнетика). Действительно, наблюдаемое на практике направление намагниченности в доменах в обычных условиях формирует замкнутый магнитный поток.^[64]

(а) Стенка Нееля. (б) Стенка Блоха (точка в круге означает направление на зрителя). (c) Cross-tie стенка.

Граница между доменами имеет название доменной стенки. Её ширина определяется соотношением между обменной константой и константой анизотропии. В зависимости от результирующего угла поворота намагниченности различают 180°-е, 90°-е и другие доменные стенки. В зависимости от способа поворота намагниченности внутри 180°-х доменных стенок говорят о стенке Блоха и стенке Неэля. Последняя характерна для тонких магнитных плёнок, так как она обладает меньшим полем рассеяния, чем Блоховская стенка.^[65]

Существует много методов наблюдения доменов в ферромагнетиках. В 1932 году Фрэнсис Биттер предложил простой метод визуализации полей рассеивания с помощью коллоидных суспензий магнитных частиц, не требующий специального оборудования. Он заключается в том, что на поверхность магнетика наносятся магнитные микрочастицы, которые практически не испытывая трения концентрируются в местах наибольшего градиента поля, то есть на границах доменов. Их распределение можно наблюдать в оптический микроскоп.^[66] Применяются магнитооптические методы, основанные на поворое поляризации света. Для прозрачных плёнок это эффект Фарадея (изменение поляризации при прохождении сквозь образец), для иных — магнитооптический эффект Керра (изменение поляризации при отражении от образца). Преимуществом Керровской микроскопии является возможность прямого наблюдения доменов, это неразрушающий метод, однако при этом образцы должны быть плоскими, а для повышения контраста необходимо применять дополнительную обработку изображений.^[67] Кроме вышеописанных методик, используется ближнепольная микроскопия, рассеяние гамма-лучей и нейтронов, просвечивающая электронная микроскопия и др.^[68]

Гистерезис и термодинамика

Магнитный гистерезис, измеренный в различных полях. _ост — остаточная намагниченность, H_коэр — коэрцитивная сила

Движение магнитного момента

Уравнение Ландау — Лифшица

Основная статья: Уравнение Ландау — Лифшица (магнетизм)

Магнетизм диэлектриков и полупроводников

Диэлектрик Мотта — Хаббарда

В диэлектриках и полупроводниках нет коллективизированных электронов в отличие от металлов. Следствием является локализация магнитных моментов вместе с электронами на ионных состояниях. Это является основным отличием магнетизма диэлектриков от магнетизма металлов, который описывается зонной теорией.^[69]

Согласно зонной теории, диэлектриками могут кристаллы, содержащие в примитивной ячейке чётное количество электронов. Это означает, что диэлектрики могут быть лишь диамагнетиками, что не объясняет свойств многих веществ. Причиной парамагнетизма Кюри (парамагнетизм локализованных электронов), ферро- и антиферромагнетизма диэлектриков является кулоновское отталкивание электронов, что объясняется моделью Хаббарда на следующем примере. Появление дополнительного электрона в изолированном атоме увеличивает его энергию на некоторую величину . Следующий электрон попадёт на энергетический уровень , где  — энергия кулоновского взаимодействия электронов, в реальных атомах колеблющаяся от 1 эВ до более чем 10 эВ. В кристалле энергетические уровни этих двух электронов расщепятся на зоны и кристалл будет диэлектриком или полупроводником, пока между ними существует запрещённая зона. Вместе обе зоны могут содержать чётное число электронов, но может быть ситуация, когда заполнена только нижняя зона и в ней находится нечётное число электронов. Диэлектрик, для которого выполняется это условие, называется диэлектриком Мотта — Хаббарда. Если интегралы перекрытия малы, диэлектрик будет парамагнетиком, иначе — антиферромагнетиком.^[70] За ферромагнетизм таких диэлектриков, как EuO или суперобменное взаимодействие.^[71]

Суперобменное и антисимметричное обменное взаимодействия

Схема суперобменного взаимодействия в антиферромагнетике

Большинство ферро- и ферримагнитных диэлектриков состоит из магнитных 3d-ионов, разделённых такими немагнитными ионами, как O²⁻, Br⁻, Cl⁻ и др. Образуется ситуация, когда расстояния для непосредственного взаимодействия 3d-орбиталей слишком велико и обменное взаимодействие осуществляется перекрытием волновых функций 3d-орбиталей магнитных ионов и p-орбиталей немагнитных ионов. Орбитали оказываются гибридизированными, а их электроны становятся общими для нескольких ионов. Такое взаимодействие называется суперобменным. Его знак (то есть, является ли диэлектрик ферро- или антиферромагнетиком) определяется типом d-орбиталей, количеством электронов на них и углом, под которым видна пара магнитных ионов из узла, где находится немагнитный ион.^[72]

Антисимметричное обменное взаимодействие (взаимодействие Дзялошинского — Мория) между двумя ячейками с векторами спина и описывается выражением

Очевидно, энергия взаимодействия ненулевая только если ячейки не магнитно эквивалентны. Взаимодействие Дзялошинского — Мория проявляется в некоторых антиферромагнетиках. Результатом является появление слабой спонтанной намагниченности. Этот эффект называют слабым ферромагнетизмом, так как результирующая намагниченность составляет десятые доли процентов от намагниченности в типичных ферромагнетиках. Слабый ферромагнетизм проявляется в гематите, карбонатах кобальта, марганца и некоторых других металлов.^[73][5][74]

Магнетизм металлов

Зонный магнетизм

Различие между зонной структурой магнитных и немагнитных металлов на примере меди и кобальта. Электронная зонная структура (слева) и плотность состояний (справа) на каждой из схем.

Медь (немагнитный металл). F — уровень Ферми. По вертикальной оси энергия в эВ.   Кобальт (спины направлены вниз)

Обменные взаимодействия в металлах

Обменное взаимодействие в металлах может осуществляться принципиально различными механизмами, зависящим от типа атомных орбиталей, отвечающих за обменное взаимодействие. У таких переходных 3d-металлов как железо или кобальт, определяющую роль в обмене играет перекрытие 3d-волновых функций соседних атомов в кристаллической решетке, в то время, как у 4f-элементов обменное взаимодействие происходит посредством электронов проводимости. Манганиты лантана обладают сложной зависимостью магнитных свойств от степени их легирования.^[75]

3d-металлы

3d-металлы характеризуются значительной энергией кулоновского взаимодействия между электронами 3d-зоны по сравнению с их кинетической энергией.^[76] Оно же фактически является причиной ферромагнитного упорядочивания.^[77] Как для 3d-, так и для 4f-элементов их магнитное упорядочивание зависит от степени заполнения соответствующей зоны. Переходной 3d-металл будет ферромагнетиком, если его 3d-зона содержит малое количество электронов или дырок (то есть она должна быть или слабо заполнена, или заполнена почти полностью). Это хорошо иллюстрируется железом, кобальтом и никелем, где эта зона почти полностью заполнена. Антиферромагнитное состояние будет основным, если она заполнена наполовину.^[76]

Условие, определяющее, будет ли металл ферро- или антиферромагнетиком, связано с тем, что электрону выгодно быть делокализованным, так как согласно принципу неопределённостей Гейзенберга, это позволяет уменьшить его кинетическую энергию. Качественно, его можно объяснить следующим образом. Для электронов должно соблюдаться правило Хунда (суммарный спин электронов на орбитали должен быть максимальным). Тогда для зоны, к примеру, заполненной меньше, чем наполовину, электроны двух соседних атомов могут иметь одинаковое направление спина, но разные магнитные квантовые числа, что и определяет ферромагнитное упорядочивание. В случае наполовину заполненной зоны, 3d-электроны соседних атомов вынуждены иметь противоположное направление суммарного спина для того, чтобы поделить между собой одинаковые магнитные числа.^[78]

4f-металлы

Редкоземельные элементы имеют частично заполненную 4f-орбиталь, характерный размер которой существенно меньше межатомных расстояний в кристаллической решётке. Поэтому 4f-электроны соседних ионов не могут напрямую взаимодействовать друг с другом. Обменное взаимодействие между ними осуществляется с помощью электронов проводимости. Каждый редкоземельный ион создает возле себя достаточно сильное эффективное поле, которое поляризует электроны проводимости. Такое непрямое обменное взаимодействие между 4f-электронами называют взаимодействием Рудермана — Киттеля — Касуя — Иосиды (РККИ-обменное взаимодействие).^[79] Будет ли металл ферро- или антиферромагнетиком зависит от строения 4f-зоны и расстояния между ионами Зависимость обменного интеграла от произведения волнового вектора электронов на уровне Ферми k_F и расстояния между магнитными ионами a имеет знакомпеременный осциллирующий характер. Этим, в частности, объясняется существование геликоидальных и некоторых других магнитных структур. РККИ-взаимодействие существенно зависит от концентрации свободных носителей заряда и может быть существенно более дальнодействующим, чем прямой обмен.^[80]

Двойной обмен

Оксиды переходных металлов могут быть как проводниками, так и диэлектриками. В диэлектриках имеет место суперобменное взаимодействие. Однако управляя легированием можно добиться перехода оксида в проводящее состояние. В манганитах лантана вида La_1−xCa_xMnO₃ при определённых значениях параметра x про часть ионов марганца может иметь валентность 3+, а другая — 4+. Обменное взаимодействие между ними, совершаемое через ионы O^2-, называют двойным обменом. Эти соединения так же будут ферро- или антиферромагнетиками в зависимости от значения x. Ферромагнитное упорядочивание будет в том случае, если суммарные спины 3-х и 4-валентных ионов сонаправлены, при этом 4-й электрон может быть делокализован. Иначе он локализирован на ионе с меньшей валентностью. Для La_1−xSr_xMnO₃ переход из антиферромагнитной в ферромагнитную фазы происходит при (бо́льшим значениям x соответствует ферромагнетик).^[81]

Сверхпроводимость

Магнитные жидкости

Магнитная жидкость на поверхности стекла под воздействием сильного магнитного поля

Биомагнетизм

Чувствительность живых организмов к магнитному полю

Магнитное поле Земли служит для ориентации в пространстве многим видам животных. По до конца не выясненным причинам, птицы и черепахи используют информацию о магнитном наклонении, а лососевые, и рукокрылые реагируют на горизонтальную компоненту поля.^[82] «Компас» птиц в нормальном режиме функционирует в интервале полей от 43 до 56 мкТ, но после адаптации способен воспринимать поля от 16 до 150 мкТ.^[83] При этом птицы не различают северный и магнитный полюса и нуждаются в дополнительной световой информации для ориентирования.^[84] Чувствительными к магнитному полю также являются морские моллюски, саламандры (например, Eurycea lucifuga (англ. Spotted-tail Salamander)), тритоны (например, зеленоватый тритон), шершни, медоносные пчёлы и аллигаторы.^[85][86]

Существуют различные рецепторы, реагирующие на внешнее магнитное поле. В глазах дрозофил и некоторых птиц содержатся молекулы криптохрома, некоторые другие (например, бурая летучая мышь (англ. Big brown bat)) содержат в своём теле однодоменные частицы. Некоторые бактерии используют специальные органеллы — магнетосомы. В то же время, многие животные способны определять поляризацию солнечного света и ориентироваться по звёздам. Поэтому, несмотря на доказанное умение многих видов применять магнитные поля для определения направления, однозначного ответа на вопрос, как именно ориентируется в пространстве то или иное животное находясь в дикой природе, на данное время нет.^[87]

Эффективность воздействия электромагнитных полей на живые организмы связана с наличием «окон чувствительности» по амплитуде, градиенту и частоте, иногда специфическое воздействие может оказать последовательность сигналов определённой формы.^[88] Внутренний компас животных может быть связан с наличием в организме частиц магнетита, например, в форме ферритина. Магнетит также встречается в мозге человека, и в ещё большей концентрации в мозге птиц. Человеческий мозг содержит около 5 миллионов кристаллов на грамм, а в его мембранах содержится около 100 миллионов кристаллов на грамм. Отклик магнетита на магнитное поле более чем в миллион раз превышает отклик обычной пара- или диамагнитной среды и, предположительно, это может оказывать влияние на транспорт ионов между клетками.^[83] Чувствительность шишковидного тела в мозге млекопитающих к магнитным полям связана с функционированием сетчатки глаза. Это приводит к тому, что сетчатка включается в магниторецептивную систему организма. Её роль иллюстрируется тем фактом, что при ослаблении градиента магнитного поля Земли до 30 нТ/м, у большинства людей снижается порог восприятия мерцающего света, как постоянного (англ. Flicker fusion threshold).

Магнетотаксис

Основная статья: Магнетотаксис

Существует несколько видов анаэробных бактерий (магнетотактические бактерии (англ. Magnetotactic bacteria): Aquaspirillum mangetotacticum и др.), способных реагировать на внешние магнитные поля. Они содержат органелы, называемые магнетосомами, в мембранах которых содержатся однодоменные кристаллы магнетита Fe₃O₄ или мельниковита Fe₃S₄ (иногда и те, и другие вместе). Размер кристаллов колеблется колеблется от 40 до 100 нм. Магнетосомы образуют цепочки, закреплённые внутри бактерии таким образом, что направление намагниченности магнитных нанокристаллов совпадает с направлением цепочек.^[89]

Магнетотактические бактерии являются природными компасами, которые ориентируются вдоль направления магнитного поля Земли. Благодаря тому, что они реагируют на слабые поля напряженностью порядка 0,5 эрстед, они используются в скоростных высокочувствительных методах визуализации доменной структуры магнетиков (например, для проверки трансформаторной стали). При помещении магнетотактических бактерий на магнитную поверхность они за несколько секунд перемещаются вдоль силовых линий к серверым полюсам скапливаясь в местах, где магнитное поле перпендикулярно поверхности. Методы с применением магнетотактических бактерий дают лучший контраст чем классический метод Биттера или контраст стенок. Естественным ограничением их разрешения служит размер бактерии порядка одного микрометра.^[90]

Геомагнетизм

См. также

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Mattis, 2006, pp. 1—2
2. ↑ Valenzuela, 1994, p. 1
3. ↑ ^{1 2 3 4} Карцев В. П. Гл. 1. Геркулесов камень // Магнит за три тысячелетия. — Изд. 4-е, перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат, 1988.
4. ↑ Sarkar, 2006, pp. 1—2
5. ↑ ^{1 2} Магнетизм — статья из Физической энциклопедии
6. ↑ Mattis, 2006, pp. 4—5
7. ↑ History of the Compass  (англ.). Learn Chinese — History and Culture. ForeignerCN (13 October 2009). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 25 мая 2011.
8. ↑ Selin, 1997, pp. 232—233
9. ↑ Early Chinese Compass  (англ.). Florida State University. Magnet Lab. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 24 мая 2011.
10. ↑ Russo, 2007, p. 2
11. ↑ Needham J., Ronan C. A. The Shorter Science and Civilisation in China: An Abridgement of Joseph Needham’s Original Text. — Cambridge University Press, 1986. — Vol. 3. — P. 2—3. — 312 p. — (Shorter Science and Civilisation in China). — ISBN 9780521315609
12. ↑ Loadstone  (англ.). China ORB. — Китайско-английский словарь с указанием произношения. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 25 мая 2011.
13. ↑ Перельман, 1932, p. 160
14. ↑ Sarkar, 2006, p. 2
15. ↑ Selin, 1997, p. 233
16. ↑ Mattis, 2006, p. 1
17. ↑ Carr T. S. A manual of classical mythology; or, A companion to the Greek and Latin poets: designed chiefly to explain words, phrases and epithets, from the fables and traditions to which they refer. — S. Marshall, and Co, 1846. — P. 302. — 372 p.
18. ↑ Mattis, 2006, p. 3
19. ↑ 600 BC — 1599  (англ.). Mag Lab U > Timeline. Florida State University. Magnet Lab. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 24 мая 2011.
20. ↑ ^{1 2 3} Mohn, 2006, p. 1
21. ↑ ^{1 2 3} Mattis, 2006, pp. 3—5
22. ↑ Baigrie, 2007, pp. 2—3
23. ↑ Keithley, 1999, p. 2
24. ↑ Mattis, 2006, p. 4
25. ↑ François Cardarelli. Encyclopaedia of scientific units, weights, and measures: their SI equivalences and origins. — 3rd. — Springer, 2003. — P. 22—25. — 848 p. — ISBN 9781852336820
26. ↑ Attilio Rigamonti, Pietro Carretta. Structure of Matter: An Introductory Course with Problems and Solutions. — 2nd. — Springer, 2009. — P. 160. — 489 p. — ISBN 9788847011281
27. ↑ Савельев, 2004, с. 181
28. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 154
29. ↑ Сивухин, 2004, с. 243
30. ↑ Сивухин, 2004, с. 243—244
31. ↑ Савельев, 2004, с. 182
32. ↑ Mattis, 2006, pp. 53—56
33. ↑ Магнитомеханическое отношение — статья из Физической энциклопедии
34. ↑ Гуревич, Мелков, 1994, с. 9—10
35. ↑ Барьяхтар и др., 1984, с. 29
36. ↑ Magnetic Susceptibilities of Paramagnetic and Diamagnetic Materials at 20°C  (англ.). Georgia State University. — Таблицы магнитных параметров твёрдых тел. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 11 июля 2011.
37. ↑ Magnetic Properties of Ferromagnetic Materials  (англ.). Georgia State University. — Таблицы магнитных параметров твёрдых тел. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 11 июля 2011.
38. ↑ Савельев, 2004, с. 182—189
39. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 188
40. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 190—191
41. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 155, 189, 191—196
42. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 191
43. ↑ Фейнман и др., 1966, с. 92
44. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 197
45. ↑ Косевич и др., 1983, с. 9
46. ↑ Alloul, 2010, с. 247—248
47. ↑ Гуревич, Мелков, 1994, с. 15—16
48. ↑ Ахиезер и др., 1967, с. 38—39
49. ↑ Alloul, 2010, с. 245
50. ↑ Ахиезер и др., 1967, с. 18
51. ↑ Alloul, 2010, с. 247
52. ↑ Косевич и др., 1983, с. 9—10
53. ↑ Барьяхтар и др., 1984, с. 20—21
54. ↑ Третяк і ін., 2002, с. 60
55. ↑ Гуревич, Мелков, 1994, с. 15
56. ↑ Ахиезер и др., 1967, с. 25—26
57. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 145
58. ↑ Барьяхтар и др., 1984, с. 27—28
59. ↑ Ахиезер и др., 1967, с. 27—31
60. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 200—201
61. ↑ Ландау, Лифшиц, VIII, 1982, с. 201—202
62. ↑ Ферромагнитные домены — статья из Физической энциклопедии
63. ↑ Антиферромагнитные домены — статья из Физической энциклопедии
64. ↑ Hubert, Schäfer, 1998, p. 5
65. ↑ Hubert, Schäfer, 1998, pp. 215—291
66. ↑ Hubert, Schäfer, 1998, pp. 12—24
67. ↑ Hubert, Schäfer, 1998, pp. 24—53
68. ↑ Hubert, Schäfer, 1998, p. 106
69. ↑ Alloul, 2010, pp. 255—256
70. ↑ Alloul, 2010, pp. 77, 256—258
71. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 314
72. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 313—314
73. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 314—315
74. ↑ Слабый ферромагнетизм — статья из Физической энциклопедии
75. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, pp. 315—319
76. ↑ ^{1 2} de Lacheisserie et al., 2005, p. 317
77. ↑ Tsymbal, Pettifor, 2001, p. 126—132
78. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 317—318
79. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 315—317
80. ↑ РККИ-обменное взаимодействие — статья из Физической энциклопедии
81. ↑ de Lacheisserie et al., 2005, p. 318—319
82. ↑ Merrill, 2010, p. 176
83. ↑ ^{1 2} Ho et al., 1994, p. 367
84. ↑ Ho et al., 1994, p. 368
85. ↑ Knut Schmidt-Nielsen. Animal physiology: adaptation and environment. — 5th Ed. — Cambridge University Press, 1997. — P. 561. — 607 p. — ISBN 9780521570985
86. ↑ Kentwood David Wells. The ecology & behavior of amphibians. — University of Chicago Press, 2007. — P. 264—266. — 1148 p. — ISBN 9780226893341
87. ↑ Merrill, 2010, pp. 174—176
88. ↑ Ho et al., 1994, p. 366
89. ↑ Richard B. Frankel Magnetotactic Bacteria at Cal Poly  (англ.). California Polytechnic State University. Архивировано из первоисточника 3 февраля 2012. Проверено 10 октября 2011.
90. ↑ Hubert, Schäfer, 1998, pp. 97—98

Комментарии

1. ↑ Магнитный компас не следует путать с другим китайским изобретением — колесницей, указывающей на юг, в которой использовалась дифференциальная передача (см. Tom K. S. Echoes from old China: life, legends, and lore of the Middle Kingdom. — University of Hawaii Press, 1989. — P. 98. — 160 p. — ISBN 9780824812850).
2. ↑ Приоритет китайцев в изобретении компаса оспаривается некоторыми учеными: один из объектов культуры ольмеков, выглядящий как полированная трубка длиной 3,5 см и датируемая 1400—1000 гг. до н. э. предположительно, является магнитным компасом (см. Guimarães A. P. From lodestone to supermagnets: understanding magnetic phenomena. — Wiley-VCH, 2005. — P. 22—23. — 236 p. — ISBN 9783527405572; John B. Carlson (September 1975). «Lodestone Compass: Chinese or Olmec Primacy?». Science 189 (5): 753—760. DOI:10.1126/science.189.4205.753.).
3. ↑ Для макроскопических величин по историческим причинам прижились названия магнитная индукция для основной характеристики магнитного поля (аналога электрической напряжённости) и магнитная напряжённость для вспомогательной (аналог индукции электрического поля).
4. ↑ Множитель Ланде приблизительно равен 2 при нулевом орбитальном моменте количества движения J, но может сильно отличаться от 2 при .
5. ↑ В СГС намагниченность связана с плотностью микроскопических токов зависимостью . Тогда магнитный момент всех движущихся частиц равен . Здесь интеграл по поверхности обращается в нуль в силу того, что вне тела токи равны нулю и интегрировать можно по любому объему, выходящему за пределы тела.
6. ↑ Под магнитной подрешёткой понимають совокупность атомов в кристаллической решётке, которые обладают одинаковым значением магнитного момента. В общем случае она может не совпадать с кристаллической решёткой (см. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред / Перераб. Е. М. Лифшицем и Л. П. Питаевским. — 2-е изд. — М.: Наука, 1982. — Т. VIII. — С. 191—192. — 624 с. — (Теоретическая физика). — 40 000 экз.).
7. ↑ О направлении спина в данном случае говорят условно для различия двух по-разному заполненных зон, также часто используя термины англ. magority band и англ. minority band имея ввиду более и менее заполненную зону.

Источники

Литература

Научно-популярные издания

1. Барьяхтар В. Г., Иванов Б. А. В мире магнитных доменов. — К.: Наукова думка, 1986. — 159 с. — 4000 экз.
2. Карцев В. П. Магнит за три тысячелетия. — Изд. 4-е, перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат, 1988.
3. Перельман Я. И. Занимательная физика. — Ленинград: Время, 1932. — Т. 2.
4. Keithley, J. F. The story of electrical and magnetic measurements: from 500 B.C. to the 1940s. — John Wiley and Sons, 1999. — 240 p. — ISBN 9780780311930
5. Selin, H. Encyclopaedia of the history of science, technology, and medicine in non-western cultures. — Springer, 1997. — 1117 p. — ISBN 9780792340669
6. Verschuur, G. L. Hidden attraction: the history and mystery of magnetism. — Oxford University Press, 199. — 272 p. — ISBN 9780195106558

Курсы общей и теоретической физики

1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред // Теоретическая физика. — Изд. 2-е, пер. и доп. Е. М. Лифшицем и Л. П. Питаевским. — М.: Наука, 1982. — Т. VIII. — 621 с. — 40 000 экз.
2. Савельев И. В. Электричество и магнетизм // Курс общей физики. — М.: Астрель/АСТ, 2004. — Т. 2. — 336 с. — 5000 экз. — ISBN 5-17-003760-0
3. Сивухин Д. В. Электричество // Общий курс физики. — М.: Физматлит, 2004. — Т. III. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3
4. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Физика сплошных сред // = The Feynman Lectures on Physics / Под ред. Я, А. Смородинского, пер. А. В. Ефремова и Ю. А. Симонова. — Вып. 7. — М.: Мир, 1966. — Т. 2. — 290 с.

Физика твёрдого тела и магнетизм

1. Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. — М.: Наука, 1967. — 368 с. — 10 000 экз.
2. Барьяхтар В. Г., Криворучко В. Н., Яблонский Д. А. Функции Грина в теории магнетизма. — К.: Наукова думка, 1984. — 336 с.
3. Гуревич А. Г., Мелков Г. А. Магнитные колебания и волны. — М.: Физматлит, 1994. — 464 с. — ISBN 5-02-014366-9
4. Косевич А. М., Иванов Б. А,, Ковалев А. С. Нелинейные волны намагниченности. Динамические и топологические солитоны. — К.: Наукова думка, 1983. — 192 с.
5. О. В. Третяк, В. А. Львов, О. В. Барабанов. Фізичні основи спінової електроніки. — К.: Київський університет, 2002. — 314 с. — ISBN 966-594-323-5
6. Тябликов С. В. Методы квантовой теории магнетизма. 2-е изд. — М., 1975.
7. Baigrie B. S. Electricity and magnetism: a historical perspective. — Greenwood Publishing Group, 2007. — 165 p. — ISBN 9780313333583
8. Alloul, H. Introduction to the Physics of Electrons in Solids / Transl. by S. Lyle. — Springer, 2010. — 630 p. — (Graduate Texts in Physics). — ISBN 9783642135644
9. Guimarães A. P. From lodestone to supermagnets: understanding magnetic phenomena. — Wiley-VCH, 2005. — 236 p. — ISBN 9783527405572
10. de Lacheisserie É., Gignoux D., Schlenker M. Magnetism: Fundamentals. — Springer, 2005. — Vol. 1. — 507 p. — (Magnetism). — ISBN 9780387229676
11. Hubert A., Schäfer R. Magnetic domains: the analysis of magnetic microstructures. — Springer, 1998. — 696 p. — ISBN 9783540641087
12. Mattis, D. C. The theory of magnetism made simple: an introduction to physical concepts and to some useful mathematical methods. — World Scientific, 2006. — 565 p. — ISBN 9789812385796
13. Mohn, P. Magnetism in the solid state: an introduction. — 2. — Birkhäuser, 2006. — Vol. 134. — 229 p. — (Springer series in solid-state sciences). — ISBN 9783540293842
14. Russo S. Crossed Andreev reflection and electron transport in ferromagnetic hybrid structures / Ir. T. M. Klapwijk. — Wageningen: Ponsen & Looijen, 2007. — (Casimir PhD Series). — ISBN 978-90-8593-030-3
15. Sarkar, T. K. History of wireless. — John Wiley and Sons, 2006. — Vol. 177. — 655 p. — (Wiley series in microwave and optical engineering). — ISBN 9780471718147
16. Tsymbal E. Y. and Pettifor D. G. Perspectives of Giant Magnetoresistance // Solid state physics / Ed. by Henry Ehrenreich, Frederick Seitz, David Turnbull, Frans Spaepen. — Academic Press, 2001. — Vol. 56. — 483 p. — (Solid State Physics: Advances in Research and Applications). — ISBN 9780126077568
17. Valenzuela, R. Magnetic ceramics. — Cambridge University Press, 1994. — Vol. 4. — P. 1. — 312 p. — (Chemistry of solid state materials). — ISBN 9780521364850

Био- и геомагнетизм

1. Ronald T. Merrill. Our Magnetic Earth: The Science of Geomagnetism. — University of Chicago Press, 2010. — 272 p. — ISBN 9780226520506
2. Mae-Wan Ho, Fritz Albert Popp, Ulrich Warnke. Bioelectrodynamics and biocommunication. — World Scientific, 1994. — 272 p. — ISBN 9789810216658

Ссылки

Оцифрованные исторические книги

• Alexander Neckam. De Naturis Rerum Libri Duo with the Poem of the Same Author, De Laudribus Divinæ Sapientiæ (publ. in 1187 A. D.) / Longman, Green, Longman , Roberts, and Green. — 1863.
• Pierre de Maricourt (англ.)русск.. The letter of Petrus Peregrinus on the magnet = лат. Epistola de Magnete (publ. in 1269 A. D.) / Brother A. (transl.), Brother P. (intr.). — New York: McGraw publishing company, 1868.
• John Baptist Porta (англ.)русск.. Natural Magick = лат. Magiae naturalis (publ. in 1584 A. D.) / trans. into Eng.
• William Gilbert. On the loadstone and magnetic bodies and on the great magnet the earth. A new physiology, demonstrated with many arguments and experiments = лат. De Magnete, Magneticis qve Corporib vs, et de Magno magnete tellure; Phyfiologia noua, plurimis & argumentis, & experimentis demonftrata (publ. in 1600 A. D.) / P. F. Mottelay (transl.), E. Wright. — New York, J. Wiley & sons, 1893.
• Maxwell, James Clerk. A Treatise on Electricity and Magnetism. — 2nd ed. — Oxford: Clarendon Press, 1881. — Vol. I.
• Maxwell, James Clerk. A Treatise on Electricity and Magnetism. — 2nd ed. — Oxford: Clarendon Press, 1881. — Vol. II.

Образовательные ресурсы

Магнетизм • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Согласно закону Ампера, электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы и радиуса. Однако магнитное поле он, и это не удивительно, всё равно индуцирует. Фактически же, все электроны, вращаясь вокруг атомов, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов.

Теперь мы подходим к главному. В некоторых атомах равное число электронов вращается во всевозможных направлениях, и их магнитные поля взаимно гасятся. Однако в атомах некоторых элементов орбиты электронов могут быть ориентированы таким образом, что часть электронов производит магнитные поля, остающиеся некомпенсированными за счет полей электронов, обращающихся в противоположном направлении. И когда такие магнитные поля, связанные с вращением электронов по орбите, к тому же оказываются одинаково направленными у всех атомов кристаллической структуры вещества, он, в целом, создает вокруг себя стабильное и достаточно сильное магнитное поле. Любой фрагмент такого вещества представляет собой маленький магнит с четко выраженными северным и южным полюсами.

Именно совокупное поведение таких мини-магнитов атомов кристаллической решетки и определяет магнитные свойства вещества. По своим магнитным свойствам вещества делятся на три основных класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Имеется также два обособленных подкласса материалов, выделенных из общего класса ферромагнетиков — антиферромагнетики и ферримагнетики. В обоих случаях эти вещества относятся к классу ферромагнетиков, но обладают особыми свойствами при низких температурах: магнитные поля соседних атомов выстраиваются строго параллельно, но в противоположных направлениях. Антиферромагнетики состоят из атомов одного элемента и, как следствие, их магнитное поле становится равным нулю. Ферримагнетики представляют собой сплав двух и более веществ, и результатом суперпозиции противоположно направленных полей становится макроскопическое магнитное поле, присущее материалу в целом.

Ферромагнетики

Некоторые вещества и сплавы (прежде всего, следует отметить железо, никель и кобальт) при температуре ниже точки Кюри приобретают свойство выстраивать свою кристаллическую решетку таким образом, что магнитные поля атомов оказываются однонаправленными и усиливают друг друга, благодаря чему возникает макроскопическое магнитное поле за пределами материла. Из таких материалов получаются постоянные магниты. На самом деле магнитное выравнивание атомов обычно не распространяется на неограниченный объем ферромагнитного материала: намагничивание ограничивается объемом, содержащим от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч атомов, и такой объем вещества принято называть доменом (от английского domain — «область»). При остывании железа ниже точки Кюри формируется множество доменов, в каждом из которых магнитное поле ориентировано по-своему. Поэтому в обычном состоянии твердое железо не намагничено, хотя внутри него образованы домены, каждый из которых представляет собой готовый мини-магнит. Однако под воздействием внешних условий (например, при застывании выплавленного железа в присутствии мощного магнитного поля) домены выстраиваются упорядоченно и их магнитные поля взаимно усиливаются. Тогда мы получаем настоящий магнит — тело, обладающее ярко выраженным внешним магнитным полем. Именно так устроены постоянные магниты.

Парамагнетики

В большинстве материалов внутренние силы выравнивания магнитной ориентации атомов отсутствуют, домены не образуются, и магнитные поля отдельных атомов направлены случайным образом. Из-за этого поля отдельных атомов-магнитов взаимно гасятся, и внешнего магнитного поля у таких материалов нет. Однако при помещении такого материала в сильное внешнее поле (например, между полюсами мощного магнита) магнитные поля атомов ориентируются в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля, и мы наблюдаем эффект усиления магнитного поля в присутствии такого материла. Материалы, обладающие подобными свойствами, называются парамагнетиками. Стоит, однако убрать внешнее магнитное поле, как парамагнетик тут же размагничивается, поскольку атомы снова выстраиваются хаотично. То есть, парамагнетики характеризуются способностью к временному намагничиванию.

Диамагнетики

В веществах, атомы которых не обладают собственным магнитным моментом (то есть в таких, где магнитные поля гасятся еще в зародыше — на уровне электронов), может возникнуть магнетизм иной природы. Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея, при увеличении потока магнитного поля, проходящего через токопроводящий контур, изменение электрического тока в контуре противодействует увеличению магнитного потока. Вследствие этого, если вещество, не обладающее собственными магнитными свойствами, ввести в сильное магнитное поле, электроны на атомных орбитах, представляющие собой микроскопические контуры с током, изменят характер своего движения таким образом, чтобы воспрепятствовать увеличению магнитного потока, то есть, создадут собственное магнитное поле, направленное в противоположную по сравнению с внешним полем сторону. Такие материалы принято называть диамагнетиками.

  

В отношении магнитных свойств вещества важно усвоить, что они зависят от конфигурации электронных орбит атомов. Даже после разбиения на отдельные атомы железо, например, сохранит свои ферромагнитные свойства. А вот при дальнейшем дроблении вы получите лишь элементарные частицы, которые собственными магнитными свойствами не обладают, и описать природу магнетизма будет уже нельзя. Итак, магнитные свойства вещества зависят исключительно от конфигурации элементарных частиц в составе атома и организации кристаллических доменов, но никак ни от свойства заряженных частиц атомной структуры.

Открытое образование — Электричество и магнетизм

Что такое физика и зачем она нужна? Некоторые люди никогда не задаются таким вопросом. Некоторые считают, что физика нужна исключительно для создания различных «девайсов», например холодильников или мобильных телефонов. И они в чем-то правы, ведь сказал же Оскар Уайльд, что «Комфорт – это единственное, что может нам дать цивилизация».

Для нас физика – это умение видеть и понимать окружающий мир, возможность творить то, о чем раньше даже и мечтать было сложно. Мы считаем, что для дальнейшего прогресса человечества необходимы ученые-физики, инженеры-физики и просто образованные люди. Мы готовы делиться нашими знаниями.

Курс «Электричество и магнетизм» рассчитан на студентов технических ВУЗов. Лекции читает доктор физико-математических наук, профессор Московского физико-технического института, заслуженный деятель науки Российской Федерации, Козел Станислав Миронович.

В курсе рассматриваются ключевые аспекты электричества, магнетизма и теории колебаний. Подробно объяснены такие важные понятия как поле диполя, метод изображений, электрическое поле в веществе, энергетический метод вычисления сил, теорема о циркуляции, магнитное поле в веществе, электромагнитная индукция, силы в магнитном поле, свободные колебания, метод комплексных амплитуд, спектральный анализ в линейных системах, уравнения Максвелла, электромагнитные волны в волноводах.

Курс рассчитан на 16 недель (включая 2 проверочные недели и экзамен). Учебные недели включают лекции, физические демонстрации и семинары с разбором задач. Основные формулы и тезисы лекций представлены в виде кратких конспектов. Каждая учебная неделя содержит тест и 4 задачи для самостоятельного решения. Проверочная неделя включает тест и 5 задач. В конце курса у слушателя есть возможность решить дополнительную контрольную работу из трёх задач повышенной сложности с ограничением по времени.

Кроме того, данный курс включает 4 дополнительные недели: по желанию их также можно изучить (прохождение необязательно, задания не оцениваются).

Основная литература:

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 3. – М.: Наука, 1996.
2. Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Курс общей физики. Т. 1.– М.: Физматлит, 2001.
3. Кириченко Н.А. Электричество и магнетизм. М.: МФТИ, 2011.
4. Дополнительная литература Фейнман Р.П. Фейнмановские лекции по физике. Выпуски 5, 6, 7. – М.: Мир, 1977.
5. Парселл Э. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1983.
6. Горелик Г.С. Колебания и волны. – М.: Физматлит, 2006.
7. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1997.
8. Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М.: Физматлит, 2003.

Слушателям курса необходимо владеть знаниями по физике в объеме школьной программы, основами дифференциального и интегрального исчисления, основами векторного исчисления.

Необходимо иметь представление о ключевых понятиях электростатики и магнитостатики, таких как заряды, поля, принцип суперпозиции, уравнения Максвелла, записанные в статическом случае как внутри вещества, так и вне его, энергия электрического поля, энергетические подходы для вычисления сил, действующих на объекты, находящиеся электростатическом поле. Требуется представление о свойствах постоянного тока, в частности, законе Ома, правилах Кирхгофа и законе Джоуля-Ленца.

В курсе предполагается, что слушатели знакомы с законом Био-Савара-Лапласа и имеют представление о силе Лоренца и силе Ампера. Также необходимо владение основами векторного анализа, представление о понятиях градиента, дивергенции, ротора.

Базовые знания:

1. физические явления и закономерности
2. основные законы электричества
3. границы применимости основных законов электричества

Умения:

1. применять законы электричества к объяснению явлений
2. обосновывать и получать основные уравнения электричества
3. строить математические модели простейших явлений электричества

Навыки:

1. работа со справочной и учебной литературой
2. преобразование размерностей величин электричества
3. применение общих законов физики для решения задач в области электричества

Магниты и магнетизм — Anti-Malware.ru

Магнит-это кусок камня или металла, который может притягивать к себе другие металлы. Сила магнитов называется магнетизмом. Вместе с гравитацией и электричеством это основная сила природы. Древние люди открыли магниты и магнетизм тысячи лет назад. Они обнаружили, что определенные типы горных пород, называемые магнетитами, притягивают к себе железо и другие металлические предметы. Через некоторое время они обнаружили, что тонкие кусочки такого камня всегда будут указывать в одном направлении, если повесить его на кусок нити. Концы такого металла являются полюсами Магнита. Все магниты имеют магнитное поле вокруг них, силу между двумя полюсами.

Поисковые магниты — особо мощные магниты которые могут очень эффективно притягивать к себе различные предметы.

Магниты притягивают или отталкивают другие металлы. Это происходит потому, что каждый магнит имеет два полюса: северный и Южный. Северный и Южный полюса притягивают друг друга, но два северных или два южных полюса отталкивают друг друга.

Наша планета — тоже большой магнит с Северным и Южным полюсами. Но магнитные полюса Земли находятся не в одном месте с географическими полюсами. Магнитный Северный полюс, например, находится в северной Канаде. Компасы всегда указывают на магнитные полюса, а не на географические.

Магнетизм возникает из электронов, крошечных частиц, которые летают вокруг ядра атома. Они отрицательно заряжены и создают очень слабое магнитное поле. Когда многие из этих электронов указывают в одном направлении, они могут притягивать к себе металлы.

Также можно сделать магнит, взяв уже существующий и натерев им другой кусок металла. Если вы продолжите тереть новый кусок металла в том же направлении , его электроны начнут указывать в этом направлении, создавая таким образом новый магнит.

Если магнит все время сохраняет свое магнитное поле, мы называем его постоянным магнитом. Однако не все магниты постоянны. Некоторые предметы становятся магнитами только тогда, когда через них проходит электричество. Они называются электромагнитами. Есть много примеров таких электромагнитов в повседневной жизни: автомобильные двигатели, железнодорожные сигналы, громкоговорители.

Магнетизм и электричество

В 1700-х годах ученые обнаружили, что магнетизм и электричество имеют сходные свойства. Так же, как магниты имеют два полюса, электричество имеет положительные и отрицательные заряды. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются.

После того, как они узнали это, они начали делать полезные инструменты и машины с помощью электричества и магнетизма. Датский физик Эрстед послал электричество по проводу и поставил рядом с ним компас. К его удивлению, стрелка компаса сдвинулась с места. Вскоре после этого был сделан первый электромагнит, сделав провод в катушку и посылая через него электричество.

Использование магнитов

Первыми магнитными приборами были компасы, которыми моряки пользовались в своих путешествиях. Сегодня магниты можно встретить во многих сферах повседневной жизни. Они находятся в стиральных машинах, держат двери закрытыми и работают в генераторах и электродвигателях. Кредитные карты имеют магнитные полосы на них, которые дают вам финансовую информацию. Магнитные аудио — и видеокассеты, а также диски имеют множество крошечных магнитных частиц, которые используются для хранения звуков, изображений и другой информации.

В медицине аппарат магнитно-резонансной томографии (МРТ) может создавать точные изображения органов и костей внутри человеческого тела. Это гораздо лучше и точнее, чем рентгеновские лучи.

Мощные электромагниты прикреплены к большим кранам, которые могут перемещать Железо и сталь. В некоторых частях света поезда ходят по намагниченным рельсам. Эти поезда, называемые магнитными, поднимаются над путями и не имеют никакого контакта с ними. Они движутся со скоростью до 480 км в час.

Магниты у животных

Ученые также обнаружили, что некоторые животные, такие как голуби, дельфины и черепахи, могут иметь некоторые магнитные частицы в своем теле. Они способны обнаружить магнитное поле Земли и выяснить их местоположение.

Магнитотерапия, что это – реальность или миф?..

Поговорим о магнитотерапии в домашних условиях. Реально ли она эффективна, или же это очередной миф? Чтобы получить ответ на этот вопрос – следует рассмотреть некоторые научно доказанные факты.

В нашей повседневной жизни мы окружены постоянно действующими магнитными полями, которые исходят от нашей планеты, являющейся огромным магнитом, а также от Луны и Солнца, и иных космических тел. Научными исследованиями достоверно установлено, что наличие природного магнетизма крайне важно для поддержания всех существующих на Земле форм жизни.

Человеческое тело, как одна из таких жизненных форм, включает в себя миллиарды живых клеток, имеющих собственный, пусть и не большой, электрический заряд, изменение потенциала которого и порождает эффект магнетизма. Проведёнными многочисленными исследованиями установлено, что электрическая активность постоянно присутствует в теле человека, и как следствие, и магнитная активность, которая неразрывно связана с электрическим потенциалом. Например, возможно измерение электрических токов в момент работы сердца, и кроме того, такие токи возникают и в процессе формирования тканей костей. Таким образом напрашивается вывод, что с помощью индукции магнитного поля с необходимой напряжённостью, действительно возможно оказать какое-то воздействие на состояние живых тканей и их природные функции.

Но, сразу же возникает очередной вопрос: «А как именно будут реагировать те или другие ткани на воздействующий на них электромагнетизм?». Особенно учитывая то, что такие поля не имеют привычного нам вкуса, цвета или запаха… Таким образом, природа этого воздействия многим людям неясна, и отсюда возникает определённое скептическое отношение касательно полезных свойств магнитотерапии для организма. Но, следует отметить, что, как и в любом другом деле, здесь важен действительный конечный результат. Например, медицине до настоящего времени доподлинно так и неизвестен механизм лекарственного действия народного средства — липового чая, но это нисколько не принизило его достоинств в народном лечении простуды, ангины и гриппа. Раз помогает – значит это действительно необходимо! Так же вполне можно поставить вопрос и с магнитотерапией, как таковой.

К сожалению, существуют и факты шарлатанства с применением магнитов. Таких «чудодейственных браслетов» и прочего, обещающих мгновенное исцеление от всех недугов, полным-полно в интернет-пространстве. И многие люди, попавшиеся на удочку таких псевдоцелительных сайтов, впоследствии негативно начинают воспринимать любую информацию о магнитотерапии в целом, хотя научных исследований на эту тему, доказывающих благотворное воздействие магнитотерапии на организм человека, проведено уже немало. Кроме того, сумятицу в умы привносят многочисленные, как восторженные, так и не очень, отзывы пользователей специализированных лечебных приборов для магнитотерапии, которые указывают нам, как все «за», так и «против» лечения магнитотерапией. Так будет ли польза от магнитотерапии в домашних условиях? Чему следует верить?..

Магнитотерапия и её научное обоснование

В современное время воздействие магнитотерапией на организм человека успешно используется для устранения болей, снятия воспалений и отёчности при самых различных недугах. Замечательный лечебный эффект проявляется от воздействия магнитотерапии при лечении остеохондрозов, способствуя при этом регенерации костных и хрящевых тканей. И данный факт в научном сообществе не оспаривается.

Современные санитарные нормы считают предельно допустимой для организма человека, при длительном воздействии постоянным магнитным полем, магнитную индукцию не более 0,05 Тл. Но, так как шарлатанами в различных «псевдолечебных средствах» зачастую используются неодьмиевые магниты с индукцией более даже чем 0,1 Тл, которые при особо длительном воздействии могут вызвать симптомы, как ожоге поверхности кожи, не говоря уже об усилении недомогания больного, то становиться вполне понятным скептицизм относительно магнитотерапии у людей, столкнувшимися с таким как бы «народным лечением». Следует также заметить, что, согласно действующим санитарным нормам, безвредная величина магнитной индукции на тело человека может быть и больше, но при определённых условиях… Так при кратковременном воздействии постоянным магнитным полем индукция должна быть не более 0,07 Тл, при переменном поле – не более 0,05 Тл, а при воздействии импульсный магнитным полем – не превышать 3 Тл.

Кроме того, для переменного магнитного поля имеется ещё одна важная характеристика — это частота индукции электромагнитного поля. В современной лечебной практике, в отличии от псевдо «народной медицины», используются магнитные поля с принципиально разными переменными составляющими:

1. Индуктотермия — высокочастотное магнитное поле.
2. Магнитотерапия — низкочастотное магнитное поле.

Первое – используется в основном при стационарном лечении ввиду сложности применяемых при этом лечебных приборов. Такое лечение осуществляется только лишь короткими курсами, имея при этом обширный ряд противопоказаний, ввиду того, что электромагнитные поля высокой частоты существенно поглощаются организмом больного, что приводит к заметному повышению температуры тела пациента, что не всегда желательно и безопасно.

Второе, то есть как таковая магнитотерапия, сама по себе более физиологична, так как используются переменные магнитные поля с частотой, близкой к естественному биологическому ритму человека, лежащих в пределах 0,1…100 Гц. Именно лечебные приборы для магнитотерапии применяются не только для лечения заболеваний, но и для их профилактики! Кроме того, такую магнитотерапию в домашних условиях применять также можно успешно, как и в лечебных учреждениях.

К таким лечебным приборам, снискавшим себе вполне заслуженную славу, относятся отечественные специализированные лечебные приборы, выпускаемые Елатомским приборным заводом Компании «ЕЛАМЕД», как-то, например, лечебные приборы АЛМАГ-01, МАВИТ, ДИАМАГ и многие другие, рекомендованные для повседневного лечения магнитотерапией в домашних условиях, прошедшие все клинические испытания и сертификацию. В случае применения таких лечебных приборов отсутствует наличие эффекта нагрева внутренних тканей, что и определяет их достаточно высокую переносимость при различных ограничениях и большой чувствительности у пациентов. Лечебные приборы для домашнего применения являются хорошей альтернативой в очень многих случаях, когда применение иных физиотерапевтических методов лечения, по каким-либо противопоказаниям, не допустимо, например, терапия посредством УВЧ, СВЧ или ультразвука.

Целительный эффект магнитотерапии

Важнейшей целью использования лечения магнитотерапией в медицине является борьба с болью. Так каким же образом достигается этот целебный эффект?

Основным результатом воздействия магнитного поля на человеческий организм является влияние на гормонопродуцирующие органы, сосуды и ферменты. При этом происходит расслабление мышц, приводящее к качественному улучшению циркуляции в микрососудах крови и лимфы, в ходе чего выведение токсинов и молочной кислоты значительно ускоряется. Одновременно с этим, к повреждённым клеткам тканей человека начинает поступать ещё больше питательных веществ и кислорода, то есть улучшается обменный процесс в организме, что в свою очередь ведёт к снижению болевого синдрома, делая процесс выздоровления более интенсивным. Зачастую, именно магнитотерапия, в случае иррационального питания, сочетающегося с продолжительным приёмом лекарственных препаратов, по сути является дезинтоксикационной терапией. Кроме того, благодаря благотворному воздействию низкочастотной магнитотерапии у пациентов в значительной степени повышается иммунитет, а кровь насыщается иммуноглобулинами и лимфоцитами.

В ходе многочисленных клинических исследований установлено, что самое выраженное целительное биологическое воздействие на человека оказывают, в первую очередь, именно импульсные магнитные поля, во вторую очередь – магнитотерапия переменным полем, и только лишь затем — посредством постоянных магнитов. Причём всевозможные опасения, связанные с качеством лечебных приборов для магнитотерапии, прошедших государственную сертификацию и покупаемых в магазинах медтехники, аптеках и Представительских центрах производителей таких лечебных приборов — абсолютно беспочвенны! Задумайтесь – Вы когда-нибудь видели в продаже в аптеке какие-либо изделия с магнитами, изготовленные «на коленках» и не имеющие сертификатов соответствия и безопасности государственного образца? Нет! А вот на всевозможных псевдолечебных интернет-порталах – их полным-полно… В результате чего, их использование и порождает иногда недоверие к магнитотерапии, как одному из методов физиотерапевтических процедур. Следует помнить, что магнитотерапию, проводимую посредством специализированных лечебных приборов, называют также ещё также «электронной гомеопатией», но это только лишь при обязательном соблюдении разработанных научной медициной методик лечения. Поэтому, консультация у врача-специалиста, перед применением таких лечебных приборов – обязательна! Отступление от его рекомендаций и разработанных методик лечения магнитотерапией может как раз и дать тот самый негативный эффект, о котором потом упоминают в отрицательных отзывах пользователи лечебных приборов, «забыв» при этом, конечно, указать, что инструкцию к аппарату они даже не читали или же рекомендациям врача не следовали.

Лечебные приборы для магнитотерапии в домашних условиях вполне доступны каждому и год от года становятся всё более востребованными, и не только в России, но и за рубежом, помогая облегчить боли, ускорить заживление переломов, улучшить обмен веществ в организме, способствуя капиллярному кровообращению, снимая отёки и устраняя воспалительные процессы.

Наиболее успешно магнитотерапия используется при лечении переломов, артритов и артрозов. Научными исследованиями установлено, что импульсное электромагнитное поле приводит к стимуляции процессы в организме человека, свойственные остеогенезу, способствуя тем самым наиболее быстрому срастанию тканей костей. Также в результате проводимых клинических исследований был достоверно подтверждён эффект обезболивания при лечении магнитотерапией коленных суставов.

Конечно же, лечение магнитотерапией – это лишь один из множества методов физиотерапии. Его, после обязательной консультации с лечащим врачом, можно применять, как самостоятельный метод, так и в сочетании с иными методами, как-то, например, комплексно с медикаментозным лечением. При таком комплексном подходе будет снижен побочный эффект от приёма лекарственных препаратов и усилено их целительное действие за счёт улучшения обменных процессов в организме. Следует учитывать, что для использования лечебных приборов для магнитотерапии обязательно постановка точного диагноза и причины недуга, которые может провести только квалифицированный специалист!

Escada Magnetism Escada аромат — аромат для женщин 2003

Люблю, очень люблю, но не ношу очень давно и много лет даже не притрагивалась к спрятанным в закромах флаконам.
Есть ароматы, вызывающие приятную ностальгию, а этот вызывает у меня такую тоску о прошлом, что хоть ложись ничком и рыдай.
Это август 2004 года, день катится к вечеру, мягкое солнце, мягкое тепло. Мне 18, я иду по магазинам в поисках чего-нибудь нового — в тот год у меня был парфюмерный бум и я тащила в свою нору всё сразу и подряд, именно тогда я открыла для себя самые-пресамые хиты своего парфюмерного гардероба — Диор Аддикт, Вери Ирресистибль, Исатис, Чёрная органза (и наивно полагала, что всё это будет продаваться везде и всегда, ага), а уж то что подешевле, даже перечислять не стану.
Уж не знаю, с чего мне захотелось потестировать именно Магнетизм, видимо, цвет коробочки пообещал мне что-то пряно-индийское, и хоть обещаний не сдержал, но всё же купила.
Есть слово саундтрек, а какое слово для ароматного сопровождения? Это вот парфюмерный саундтрек того времени, август, сентябрь. Какие-то мечты, надежды, ожидания хорошего (естественно, всё несбывшееся). Запах сезона урожая, начала цветения осенних цветов.
Потом я полностью переключилась на Аддикт, с возрастом открыла для себя ещё много всего, и вот уже 2014 год, лето, я обнаруживаю у себя остатки Магнетизма (и ещё полный флакон, ну как же без запасов) и мне кажется, что самое время им пользоваться и что наверное я потрачу запасы и придётся их как-то пополнять… но всё это было миражом. Запах вытащил все воспоминания, все ощущения и мысли, мечты и прочее, что было, и в настоящем, довольно безрадостном на тот миг, я просто не могла выдержать такой груз былых надежд, уж простите за пафос.
Это безусловно один из шедевров нулевых, вот к чему я веду всю эту грустную историю. Он не мог появиться ни раньше ни позже, это аромат Того Самого Благословенного Времени, которое никогда не повторится. И для меня эта концентрация нулевых оказалась уже чересчур, слишком переживательно.
И ещё расстроило то, что я в 18 полагала — о, какой это интересный и элегантный аромат, он мне пригодится в 30 лет (при этом я тогда спокойно пользовалась тем же Исатис и не думала, что его надо отложить на 30, хм…). Но вот я доросла до 30 и поняла, что это как раз аромат для 18 лет, чтобы пользоваться и думать — ага, я куплю то же самое в 30.
Не могу выделить какие-то ноты, для меня этот аромат очень цельнокроенный, ничего не выпирает. В те годы мне вообще казалось, что это моноаромат какой-нибудь ягоды или цветов.

Магнетизм для детей — Простое введение

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 марта 2021 г.

Наука — это наше понимание того, как мир работает — и в целом мир работает хорошо, понимаем мы это или нет. Возьмем магнетизма , для пример. Люди знали о магнитах тысячи лет и они используют их практически как компасы почти столько же времени. Древние греки и римляне знали не хуже нас этот магнит ( богатый железом минерал) может притягивать другие куски железа, в то время как древние китайцы делали магнитные компасы, установленные в замысловатом деревянные инкрустации для практики фен-шуй (искусство тщательно обставляя комнату) за тысячи лет до интерьера к нам присоединились дизайнеры.Иногда наука медленно догоняет узнали, как работает магнетизм, в прошлом веке, с тех пор, как мир внутри атомов был впервые открыт и исследован.

Фото: Типичный подковообразный магнит. Видите след коричневой ржавчины на верхней части верхней «ножки» магнита? Это происходит потому, что магнит сделан из железа, которое ржавеет во влажном воздухе.

Что такое магнетизм?

Фото: Магнитное поле между противоположными полюса двух стержневых магнитов, которые сильно притягиваются друг к другу.Мы не можем обычно видны магнитные поля, но если посыпать железные опилки (крошечные кусочки, струженные напильником с железного прутка) на лист бумаги и удерживайте над магнитами вы можете видеть поле внизу. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons (где вы найдете увеличенную версию этого изображения).

Игра с магнитами — одно из первых направлений науки. дети обнаружить. Это потому, что магниты просты в использовании, безопасны и веселье. Они также довольно удивительны. Помните, когда вы впервые обнаружили, что два магнита могут соединяться и склеиваться, как клей? Помните силу, когда вы держали два магнита близко и почувствовал, что они либо притягивают (притягивают к одному другой) или репел (отталкивать)? Одна из самых удивительных вещей в магниты — это способ, которым они могут притягивать другие магниты (или другие магнитные материалов) «на расстоянии», невидимо, через то, что мы называем магнитное поле .

Древним людям магнетизм, должно быть, казался магией. Тысячи лет спустя мы понимаем, что происходит внутри магнитного материалы, как их атомная структура вызывает их магнитные свойства, и как электричество и магнетизм на самом деле всего два Стороны одной монеты: электромагнетизм . Когда-то ученые сказал, что магнетизм был странной невидимой силой притяжения между определенные материалы; сегодня мы с большей вероятностью определим это как силу создается электрическими токами (сами вызваны движущимися электронами).

Что такое магнитное поле?

Фото: красочный способ визуализировать невидимое магнитные поля с помощью программы компьютерной графики, разработанной в Лос Национальная лаборатория Аламоса. На этой трехмерной диаграмме высота а цвет пиков показывает напряженность магнитного поля в каждой точке. Фото любезно предоставлено США. Министерство энергетики.

Предположим, вы поместили стержневой магнит (в форме прямоугольник, иногда с северный и южный полюса выкрашены в разные цвета) или подкова магнит (согнут в форме буквы U) на стол и поместите рядом железный гвоздь.Если вы нажмете магнит медленно к гвоздю, наступит момент, когда гвоздь перепрыгивает и прилипает к магниту. Вот что мы подразумеваем под магниты, имеющие невидимое магнитное поле, которое распространяется на все вокруг них. Другой способ описать это — сказать, что магнит может «действовать на расстоянии»: он может вызывать толкающую или тянущую силу на другие объекты это на самом деле не трогает).

Магнитные поля могут проникать через все виды материалов, но не через просто воздух. У вас, вероятно, есть маленькие записки, приклеенные к дверце холодильника с яркими магнитами, чтобы вы могли видеть, что магнитные поля разрезают через бумагу.Возможно, вы проделали фокус, используя магнит взять длинную цепочку скрепок, каждая из которых намагничивает следующий. Этот небольшой эксперимент говорит нам, что магнитное поле может проникать сквозь магнитные материалы, такие как железо.

Как мы можем измерить магнетизм?

Сила поля вокруг магнита зависит от того, насколько близко вы получить: он самый сильный в непосредственной близости от магнита и быстро спадает, когда вы уходите. (Вот почему небольшой магнит на вашем столе должен быть достаточно близко к вещи, чтобы привлечь их.) Измеряем напряженность магнитного поля в единицах гаусс и тесла (современная единица СИ, названная в честь пионера электричества Николы Тесла, 1856–1943). Интересно отметить, что сила Магнитное поле Земли очень слабое — примерно в 100–1000 раз слабее типичного бара или магнита на холодильник. На Земле гравитация, а не магнетизм сила, которая прижимает вас к полу. Мы бы заметили магнетизм Земли гораздо больше, если бы его гравитация не была такой сильной.

Диаграмма: Сравнение силы некоторых «повседневных» источников магнетизма. Обратите внимание, что вертикальная шкала является логарифмической : каждый шаг вверх по шкале означает силу магнитного поля увеличилось в десять раз. Здесь главное отметить, насколько слабая Земля магнетизм (зеленый блок в крайнем левом углу) по сравнению со всем остальным, с чем мы обычно сталкиваемся (не говоря уже о гигантских магнитах, используемых в больницах и лабораториях). Рекордное лабораторное магнитное поле, показанное справа, Созданная в Японии в апреле 2018 года, она примерно в 24 миллиона раз сильнее магнитного поля Земли.Мои данные для этой диаграммы получены из следующих источников: Земля (goo.gl/TkxfO3), Солнце (goo.gl/8uigAU), бытовая техника (goo.gl/P3l487), холодильник (goo.gl/OhrDKt), небольшой неодимовый ( goo.gl/avODib), свалка (goo.gl/owWZer), МРТ (goo.gl/jQ8cTD), громкоговоритель (goo.gl/oIwNlS), самый большой МРТ (goo.gl/8zkACY), самая большая лаборатория (bit.ly / 2zvH7On). Почти все производит магнетизм — даже наше собственное тело, которое составляет примерно 0,000000001 тесла.

Что такое электромагнит?

Фото: Свалки иногда используют гигантские электромагниты для подъема металла. с места на место (хотя некоторые вместо этого используют захватывающие когти).Фото Марджори Коллинз, Управление безопасности фермерских хозяйств США / Управление военной информации, любезно предоставлено Библиотека Конгресса США.

Магнит Гомера Симпсона или Микки Мауса, который держит вещи на вашем холодильник постоянный магнит : он удерживает магнетизм все время. Не все магниты работают так. Вы можете сделать временным магнит пропуская электричество через катушку обернутой проволоки вокруг железного гвоздя (устройства, которое иногда называют соленоид ).Включите ток и гвоздь становится магнитом; выключите его снова, и магнетизм исчезнет. (Это основная идея дверного звонка с электрическим перезвоном: вы создаете электромагнит, когда нажимаете кнопку, которая тянет молоток на планку звонка — динь-дон!) Такие временные магниты называются электромагнитами — магнитами. работал электричество — и они намекают на более глубокую связь между электричеством и магнетизм, к которому мы вернемся через мгновение.

Как и постоянные магниты, временные электромагниты бывают разных размеры и сильные стороны.Вы можете сделать электромагнит достаточно мощным, чтобы скрепки с одной 1,5-вольтовой батареей. Используйте гораздо больший напряжение, чтобы увеличить электрический ток, и вы можете построить электромагнит достаточно мощный, чтобы поднять машину. Вот как свалка электромагниты работают. Сила электромагнита зависит от двух главное: величина используемого электрического тока и количество раз вы наматываете провод. Увеличьте одно или оба из них, и вы обзавестись более мощным электромагнитом.

Для чего мы используем магниты?

Может быть, вы думаете, что магниты интересны; может ты думаешь, что они скучный! Какие вы можете спросить, кроме как в детских фокусах и трюках. свалки?

Вы можете быть удивлены, сколько всего вокруг вас работают с помощью магнетизма или электромагнетизма.Каждый электроприбор с в нем электродвигатель (все с электрической зубной щетки на ваша газонокосилка) использует магниты для превращения электричества в движение. Двигатели используют электричество для создания временного магнетизма в катушках проводов. Создаваемое таким образом магнитное поле толкает фиксированное поле постоянного магнита, вращая внутреннюю часть двигателя вокруг на большой скорости. Вы можете использовать это вращательное движение для управления всеми видами машин.

В твоем холодильнике есть магниты удерживая дверь закрытой.Магниты считывают и записывают данные (цифровую информацию) на вашем жесткий диск компьютера и на кассете кассеты в старомодных личных стереосистемах. Больше магнитов в вашем Hi-Fi громкоговорители или наушники помогают вернуть сохраненную музыку в звуки, которые вы можете слышать. Если вы больны серьезным внутренним заболеванием, вы можете есть тип сканирования тела, называемый ЯМР (ядерный магнитный резонанс), который рисует мир под вашей кожей, используя образцы магнитных полей. Магниты используются для переработки ваш металлический мусор (стальная еда банки сильно магнитные, но алюминиевые банки для напитков нет, поэтому магнит — это простой способ разделить два разных металлы).

Фото: ЯМР-сканирование, подобное этому, дает детальное изображение тела пациента (или, в данном случае, их голова) на компьютере экрана, используя магнитную активность атомов в их ткань тела. Вы можете увидеть, как пациент входит в сканер вверху. и изображение их головы на экране ниже. Фото любезно предоставлено Клинический центр Уоррена Гранта Магнусона (CC) и США Национальные институты здоровья (NIH).

Какие материалы являются магнитными?

Железо — король магнитных материалов — металл, о котором мы все думаем. когда мы думаем о магнитах.Большинство других распространенных металлов (таких как медь, золото, серебро и алюминий), на первый взгляд, немагнитные и большинство неметаллов (включая бумагу, дерево, пластик, бетон, стекло, и текстиль, такой как хлопок и шерсть) тоже немагнитны. Но железо не единственное магнитный металл. Никель, кобальт и элементы, входящие в состав Периодическая таблица (упорядоченный химики используют для описания всех известных химических элементов) известные как редкоземельных металлов (особенно самарий и неодим) тоже делают добро магниты.Некоторые из лучшие магниты — это сплавы (смеси) эти элементы с одним другой и с другими элементами. Ферриты (соединения из железа, кислород и другие элементы) также делают превосходные магниты. Магнитный камень (который также называют магнетитом) является примером феррита, который обычно встречается внутри Земли (имеет химическую формулу FeO · Fe2O3).

Такие материалы, как железо, превращаются в хорошие временные магниты, когда вы кладете магнит рядом их, но, как правило, теряют часть или весь свой магнетизм, когда вы принимаете магнит снова прочь.Мы говорим, что эти материалы магнитомягкие. Напротив, сплавы железа и редкоземельных металлов сохраняют большую часть их магнетизм, даже если вы удалите их из магнитного поля, поэтому из них получаются хорошие постоянные магниты. Мы называем эти материалы магнитно жесткий .

Верно ли, что все материалы либо магнитные, либо немагнитный? Раньше люди так думали, но теперь ученые знают, что материалы, которые мы считаем немагнитными, также подвержены влиянию магнетизма, хотя крайне слабо.Степень намагничивания материала равна назвал его восприимчивостью .

Как разные материалы реагируют на магнетизм

Ученые используют несколько разных слов, чтобы описать, как материалы ведут себя когда вы кладете их рядом с магнитом (это еще один способ сказать, когда вы помещаете их в магнитное поле). Вообще говоря, мы можем разделить все материалы на два вида, называемые парамагнитными и диамагнетик, в то время как некоторые парамагнитные материалы также ферромагнитный.Важно понимать, что на самом деле означают эти запутанные слова …

Парамагнитный

Сделайте образец магнитного материала и подвесьте его на нитке так, чтобы он болтается в магнитном поле, и он намагнитится и выстроится в линию, так что его магнетизм параллелен полю. Как люди знали тысячи лет, это как именно стрелка компаса ведет себя в магнитном поле Земли. Материалы, которые такое поведение называется парамагнитным. Металлы, такие как алюминий и большинство неметаллов (которые, как вы могли подумать, вообще не являются магнитными) являются на самом деле парамагнитен, но так слабо, что мы не замечаем.Парамагнетизм зависит от температуры: чем горячее материал, тем меньше на него рядом магниты.

Фото: Мы думаем об алюминии (используется в напитках). такие банки) как немагнитные. Это помогает нам разделять на переработку наши алюминиевые банки (которые не прилипают к магнитам) от наших стальных (которые прилипают). По факту, оба материала магнитные. Разница в том, что алюминий очень слабо парамагнитные, а сталь сильно ферромагнитная. Фото любезно предоставлено ВВС США.

Ферромагнетик

Некоторые парамагнитные материалы, особенно железо и редкоземельные элементы. металлов, сильно намагничиваются в поле и обычно остаются намагниченный даже когда поле удалено. Мы говорим, что такие материалы ферромагнитные, что на самом деле просто означает, что они «похожи на магнитные железо ». Однако ферромагнитный материал все равно потеряет магнетизм, если вы нагреете его выше определенной точки, известной как температура Кюри. Железо имеет температуру Кюри 770 ° С (1300 ° F), а для никеля температура Кюри составляет ~ 355 ° C (~ 670 ° F).Если если нагреть железный магнит до 800 ° C (~ 1500 ° F), он перестает быть магнит. Вы также можете разрушить или ослабить ферромагнетизм, если попадете в магнит неоднократно.

Диамагнитный

Мы можем думать о парамагнетиках и ферромагнетиках как о «любители» магнетизма: в некотором смысле они «любят» магнетизм и отзываются положительно к нему, позволяя себе быть намагниченными. Не все материалы отзываются так восторженно. Если вы повесите материалы в магнитных полях, они довольно сильно обрабатываются внутри и сопротивляться: они превращаются в временные магниты для сопротивления намагничиванию и слабого отталкивания магнитных поля вне себя.Мы называем эти материалы диамагнитными. Воды и много органических (углеродные) вещества, такие как бензол, ведут себя подобным образом. Завяжите диамагнитный материал к нити и подвесить в магнитном поле и он повернется так, чтобы образовать угол 180 ° к полю.

Что вызывает магнетизм?

В начале 20 века, до того, как ученые правильно поняли структура атомов и как они работают, они придумали простую для понимания идею, названную теория домена для объяснения магнетизма.Несколько лет спустя, когда они лучше поняли атомы, они обнаружили, что теория домена все еще работало, но само по себе могло быть объяснено на более глубоком уровне теория атомов. Все наблюдаемые нами различные аспекты магнетизма могут можно объяснить, в конечном счете, говоря о доменах, электронах в атомах или и то, и другое. Давайте посмотрим на две теории по очереди.

Объяснение магнетизма с помощью теории доменов

Представьте себе где-нибудь фабрику, которая производит маленькие стержневые магниты и кораблики. их отправляли в школы на уроки естествознания.Представьте парня по имени Дэйв, у которого есть водить грузовик, перевозя много картонных коробок, каждая с магнитом внутри, в другую школу. Дэйв не успел подумать, в какую сторону сложены ящики, поэтому он складывает их внутри его грузовик какой-то старый, как. Магнит внутри одной коробки может быть указывая на север в то время как тот, что рядом с ним, указывает на юг, восток или запад. Общий, магниты все перемешаны, поэтому, несмотря на то, что магнитные поля утекают из каждого ящика они все нейтрализуют друг друга.

На той же фабрике работает еще один водитель грузовика по имени Билл, который не могло быть иначе.Ему нравится все аккуратно, поэтому он загружает свой грузовик по-другому, аккуратно сложите все коробки так, чтобы они выстроились в одну линию. Жестяная банка вы видите, что будет? Магнитное поле из одного ящика выровняется с поле из всех других ящиков … эффективно разворачивая грузовик в один гигантский магнит. Кабина будет похожа на гигантский северный полюс и в кузове грузовика огромный южный полюс!

То, что происходит внутри этих двух грузовиков, происходит в крошечном масштабе. внутри магнитных материалов. Согласно теории предметной области, что-то как железный пруток содержит множество крошечных карманов, называемых доменами.Каждый домен немного похож на коробку с магнит внутри. Видите, куда мы идем? Железный пруток такой же, как грузовая машина. Обычно все его бортовые «ящики» располагаются случайным образом. и нет общего магнетизма: железо не намагничено. Но расставьте все коробки по порядку, сделайте так, чтобы все они смотрели одинаково, и вы получите общее магнитное поле: эй, престо, стержень намагничен. Когда вы подносите магнит к немагниченному железному пруту и ​​поглаживаете его систематически и многократно вверх и вниз, то, что вы делаете, переставив все магнитные «ящики» (домены) внутри так, чтобы они указать точно так же.

Теория доменов объясняет, что происходит внутри материалы, когда они намагничены. В немагниченном материале (слева), домены расположены случайным образом, поэтому нет общего магнитного поле. Когда вы намагничиваете материал (справа), поглаживая стержневой магнит над ним несколько раз в одном и том же направлении, домены перестраиваются так их магнитные поля выравниваются, создавая комбинированное магнитное поле в то же направление.

Эта теория объясняет, как может возникнуть магнетизм, но может ли он объяснить? несколько из что мы знаем о магнитах? Если магнит разрезать пополам, мы знайте, что у вас есть два магнита, каждый с северным и южным полюсами.Что имеет смысл согласно теории предметной области. Если разрезать магнит пополам вы получите магнит меньшего размера, который все еще забит доменами, и их можно расположить с севера на юг, как в оригинале. магнит. Как насчет того, как магнетизм исчезает при ударе магнита или нагреть это? Это тоже можно объяснить. Представьте себе фургон, полный упорядоченных коробки снова. Управляйте им хаотично, на очень высокой скорости, и это немного хотелось встряхнуть или постучать. Все коробки будут перемешаны, так что они смотрят по-разному, и общий магнетизм исчезнет.Нагрев а магнит возбуждает его изнутри и перемешивает коробки в так же.

Объяснение магнетизма с помощью атомной теории

Теория предметной области достаточно проста для понимания, но это не полный объяснение. Мы знаем, что железные прутья не полны коробок, набитых маленькие магниты — и, если подумать, попытка объяснить магнит говоря, что он полон магнитов меньшего размера, на самом деле не является объяснением все, потому что сразу возникает вопрос: какие меньшие магниты из? К счастью, есть еще одна теория, которую мы можем обратиться к.

Еще в 19 веке ученые обнаружили, что могут использовать электричество, чтобы сделать магнетизм, и магнетизм, чтобы сделать электричество. Джеймс Клерк Максвелл сказал, что эти два явления действительно были разными аспектами. из то же самое — электромагнетизм — как две стороны та же бумажка. Электромагнетизм был блестящей идеей, но он был скорее описанием, чем объяснением: он показал, как были вместо того, чтобы объяснять, почему они были сюда. Это не было до 20 века, когда позже ученые пришли к пониманию мир внутри атомов, что объяснение электромагнетизм наконец появился.

Мы знаем, что все состоит из атомов и что атомы состоят из центральный кусок материи, называемый ядром. Мельчайшие частицы называют электроны вращаться вокруг ядра по орбите, как спутники в небе над нами, но они одновременно вращаются вокруг своей оси (просто как волчки). Мы знаем, что электроны переносят электрические токи (потоки электричества), когда они проходят материалы, такие как металлы. Электроны — это в некотором смысле крошечные частицы электричества. Теперь вернемся в 19 века ученые знали, что движущееся электричество заставляет магнетизм.В 20 веке стало ясно, что магнетизм вызвано электронами, движущимися внутри атомов и создающими магнитные поля все вокруг них. Домены — это фактически группы атомов, в которых вращается электроны создают общее магнитное поле, указывающее в одну сторону, или Другая.

Работа: Магнетизм вызывается вращением и вращением электронов внутри атомов. Обратите внимание, что это изображение , а не в масштабе: большая часть атома — это пустое пространство, а электроны на самом деле намного дальше из ядра, чем я здесь нарисовал.

Подобно теории предметной области, атомная теория может объяснить многие вещи. мы знаем о магнитах, в том числе о парамагнетизме (способ магнитного материалы совпадают с магнитными полями). Большинство электронов в атоме существует парами, вращающимися в противоположных направлениях, поэтому магнитный эффект один электрон в паре нейтрализует влияние своего партнера. Но если у атома есть неспаренные электроны (у атомов железа их четыре), эти создают чистые магнитные поля, которые выстраиваются друг с другом и поворачивают весь атом в мини-магнит.Когда ставишь парамагнитный материала, такого как железо, в магнитном поле, электроны меняют свое движение для создания магнитного поля, которое совпадает с полем вне.

А как насчет диамагнетизма? В диамагнитных материалах нет неспаренных электронов, так что этого не происходит. Атомы обладают небольшим или нулевым общим магнетизмом и меньше подвержены влиянию внешних магнитных полей. Однако электроны, вращающиеся внутри они являются электрически заряженными частицами и, когда они движутся в магнитном поле, они ведут себя как любые другие электрически заряженные частицы в магнитном поле и испытать силу.Это очень незначительно меняет их орбиты, создавая некоторый чистый магнетизм, противодействующий как раз то, что его вызывает (согласно классической теории электромагнитного поля, известной как закон Ленца, что связано с законом сохранения энергии). В результате создаваемое ими слабое магнитное поле противостоит вызывающему его магнитному полю, которое это именно то, что мы видим, когда диамагнитные материалы пытаются «бороться» с магнитным полем, в которое они помещены.

Краткая история магнетизма

• Древний мир: Магнетизм известен древним грекам, римлянам, и китайский.Китайцы пользуются геомантическими компасами (с деревянными надписи, расположенные кольцами вокруг центральной магнитной стрелки) в Фэн Шуй. Магниты получили свое название от города Маниса в Турции. когда-то названный Магнезией, где магнитный магнит был найден в земле.
• 13 век: магнитные компасы впервые используются для навигации в западных странах. Француз Петрус Перигринус (также называемый Питером Марикура) проводит первые надлежащие исследования магнетизма.
• 17 век: английский врач и ученый Уильям Гилберт (1544–1603) издает «На магнитах» свою монументальное научное исследование магнетизм и предполагает, что Земля — ​​это гигантский магнит.
• 18 век: англичанин Джон Мичелл (1724–93) и Француз Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) изучает силы магниты могут воздействовать. Кулон также проводит важные исследования электричества, но не может соединить электричество и магнетизм как части одного и того же лежащий в основе феномен.
• XIX век: датчанин Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851), французы Андре – Мари Ампер (1775–1836) и Доминик Араго (1786–1853) и англичанин Майкл Фарадей (1791–1867) исследуют тесная связь между электричеством и магнетизмом. Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) публикует относительно полную объяснение электричества и магнетизма (теория электромагнетизм) и предполагает, что электромагнитная энергия перемещается в волны (открывающие путь к изобретению радио). Пьер Кюри (1859–1906) демонстрирует что материалы теряют свой магнетизм выше определенной температуры (теперь известной как Кюри температура). Вильгельм Вебер (1804–1891) разрабатывает практические методы обнаружения и измерения напряженности магнитного поля.
• 20 век: Поль Ланжевен (1872–1946) подробно описывает Работа Кюри с теорией, объясняющей, как на магнетизм влияет тепло. французкий язык физик Пьер Вайс (1865–1940) предлагает есть частицы, называемые магнетронами, эквивалентные электронам, которые вызывают магнитное свойства материалов и излагает теорию магнитных доменов. Два американских ученых, Самуэль Абрахам Гоудсмит (1902–78) и Джордж Юджин Уленбек (1900–88), показывают, как магнитные свойства материалы возникают в результате вращательного движения электронов внутри них.

Наука магнетизма

(Фото: Кэти Вальдек)

Древние люди знали о магнитной силе, по крайней мере, с 600 г. до н. фундаментальные силы природы. Несмотря на то, что мы не до конца понимали, что такое магнетизм, тогда мы все равно использовали компасы. Представьте, каково должно быть использование такого устройства, не зная науки, лежащей в основе этого (хотя, конечно, многие из нас все еще используют технологии, гораздо более сложные, чем компас, не имея базового представления о том, как все работает).

Некоторый свет на эту загадку случайно пролил в 1820 году Ганс Христиан Орстед — датский физик, родившийся в 1777 году. Во время подготовки лекции он обнаружил, что стрелка компаса отклоняется, когда ее подносят к электрическому проводу под напряжением. Люди, жившие в то время, уже знали, что электрическая сила существует, но связь между электричеством и магнетизмом была революционной. Действительно, потребовалось еще 45 лет, чтобы мы разработали полное объяснение этого феномена; когда Джеймс Клерк Максвелл создал электромагнитную теорию света.

Максвелл показал, что магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами. Это прекрасно объясняет наблюдение Эрстеда с иглой и электрическими проводами под напряжением. Проще говоря, это происходит потому, что электрический ток — это просто движение электрических зарядов. Теперь мы использовали это явление для создания электромагнитов или длинных проводов, намотанных на катушку. Таким образом, магнитное поле, создаваемое одиночным проводом, умножается на количество витков. Преимущество электромагнитов в том, что их можно включать и выключать в любое время, когда мы захотим.

Фото: www.lanl.gov

А как насчет постоянных магнитов (например, стержневых магнитов, магнитов на холодильник и т. Д.)? Очевидно, что через них нет электрического тока. Их немного сложнее объяснить, но, подытоживая, магнитное поле одного из этих объектов создается тремя вещами:

• Первая — это орбита электрона вокруг ядра. Хотя эта модель, согласно которой электрон вращается вокруг ядра, давно была доказана ошибочностью, она все еще является хорошим приближением и может использоваться для объяснения определенных свойств атома, что важно для других факторов, перечисленных ниже..
• Второе, что создает магнитное поле, — это спиновый магнитный момент. Это просто технический термин, означающий, что электрон сам по себе также действует как магнит. Спиновый магнитный момент также является фундаментальным свойством материи, как заряд и масса.
• Третий фактор, который на самом деле не влияет на магнитные свойства материала, — это спин ядра.

Учитывая все это, почему не все объекты обладают магнитными свойствами? В конце концов, у всех объектов есть вращающиеся электроны, и у всех этих электронов есть спиновый магнитный момент, верно? Что ж, мы должны учитывать тот факт, что даже в небольшом количестве материала много электронов, и магнитные поля, создаваемые этими электронами, в большинстве случаев нейтрализуются.

Чтобы изготовить магнит, компании плавят железо и помещают его в сильное магнитное поле, пока оно не остынет. Таким образом, магнитные поля, созданные внутри утюга, которые обычно нейтрализуются, могут свободно выравниваться с внешним магнитным полем. Это называется магнитной индукцией. Магнитная индукция — это процесс, при котором магнитное поле индуцируется в немагнитном материале внешним магнитным полем. Удивительно, но дома это можно сделать. Если вы ударите железный гвоздь стержневым магнитом много раз, вы можете создать магнитное поле в железном гвозде, превратив его в магнит.

Как делают магниты (Изображение предоставлено Kacie Mills — отредактировано для удобства чтения)

Магнит также можно «разрушить». Я имею в виду, что вы можете лишить его магнитных свойств. Если нагреть магнит, а затем ударить по нему молотком, выровненные по магнитному полю атомы легко вырвутся из своего расположения из-за тепла, снова нейтрализуя магнитные поля.

Для меня самое удивительное в магнетизме — это то, насколько тесно он связан с электричеством. Максвелл, используя свои уравнения, объединил эти две, казалось бы, не связанные друг с другом силы в одну силу: электромагнетизм.Максвелл математически показал, как изменяющееся магнитное поле создает изменяющееся электрическое поле (и наоборот). Следовательно, магнетизм очень важен, потому что мы используем его для создания электрической энергии. Фактически, большая часть энергии, которую мы используем сегодня, поступает от вращающихся магнитов (см. Ниже).

Заботитесь о поддержке внедрения чистой энергии? Узнайте, сколько денег (и планеты!) Вы можете сэкономить, переключившись на солнечную энергию, на UnderstandSolar.com. Регистрируясь по этой ссылке, Futurism.com может получить небольшую комиссию.

Как работает магнетизм? | Что такое магниты?

Адель БекефиGetty Images

А, магниты. Холодильники полны ими. Они питают наши запойные сеансы Netflix. Если их разбить на крошечные кусочки и разбить на Silly Putty, они могут доставить вам часы удовольствия.

Магнетизм — это сила, создаваемая магнитами, объектами, которые отталкиваются или притягиваются друг к другу. Это мощное физическое явление — один из компонентов электромагнетизма, одной из фундаментальных сил природы.

Движение электрически заряженных частиц, присутствующих во всем веществе, испускает электрические токи, которые создают магнитное поле. Эти частицы становятся крошечными магнитами, каждый с северным и южным полюсами. Технически вся материя подчиняется магнитным силам, которые пронизывают нашу Вселенную. По данным BBC, некоторые из этих эффектов более очевидны, чем другие.

Проверяли ли вы сегодня твиттер? Ездили на машине? Вы недавно выпили новый спектакль? Мир, в котором мы живем, питается от этих электромагнитов.

Часто магнитные поля, создаваемые этими частицами, случайны, что означает, что их северный и южный полюса компенсируют друг друга. Некоторые объекты — от кусков железной руды до алфавитного магнита, прикрепленного к вашему холодильнику — имеют магнитные поля, расположенные в одном направлении. Согласно Live Science, магнитные поля этих объектов становятся сильнее по мере увеличения скорости этих электрически заряженных частиц.

Магнетизм — таинственная сила в этой вселенной.Ученые не до конца понимают, почему это вообще происходит. Они также не уверены, почему эти частицы имеют направление на север и юг, согласно Live Science , и существует много различных форм магнетизма.

Таинственные силы

Дмитрий ОтисGetty Images

Ферромагнетизм, самая сильная форма магнетизма, возникает, когда материалы подвергаются воздействию внешней магнитной силы, согласно веб-сайту HyperPhysics Государственного университета Джорджии.Эти объекты становятся постоянно намагниченными в результате процесса, называемого гистерезисом. Ранние железные стрелки компаса были намагничены магнитным камнем или намагниченными минералами магнетита, извлеченными с Земли. Это единственная магнитная сила, которую люди могут ощутить.

Ферромагнетизм может быть самой заметной формой магнетизма, но электромагнетизм, возможно, является самой важной. Это фундаментальная сила, «ответственная за саму структуру нашей материи», — сказала в интервью Science Channel астроном Мишель Талер из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.

💡Другие фундаментальные силы — это гравитация, слабое ядерное и сильное ядерное.

Электричество и магнетизм тесно взаимосвязаны, и их соответствующие поля питаются друг от друга и взаимодействуют друг с другом. Электромагнетизм создает свет и энергию, и без него атомы и молекулы, из которых мы состоим, развалились бы. В 1865 году физик Джеймс Клерк Максвелл обнаружил связь между этими двойными силами, подготовив почву для Эйнштейна, чтобы сформировать свою знаменитую специальную теорию относительности.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Конечно, электромагнетизм широко применяется в повседневной жизни. Электромагнитные волны приводят в действие все, от микроволновых печей и телевизоров до радио и рентгеновских аппаратов.

В случаях, когда объект подвергается воздействию электрического тока, он создает временное магнитное поле в форме катушки.Однако, когда этот ток отключается, поле исчезает. Это называется электромагнитом.

Проверяли ли вы сегодня твиттер? Ездили на машине? Вы недавно выпили новый спектакль? Мир, в котором мы живем, питается от этих электромагнитов.

Магнит под ногами

ANDRZEJ WOJCICKIGetty Images

Земля представляет собой гигантский магнит с соответствующими геомагнитными северным и южным полюсами благодаря нашему внешнему ядру из расплавленного железа.Магнитное поле в форме капли, которое генерирует Земля, которое раздавливается солнечными ветрами и называется магнитосферой, обеспечивает работу наших компасов, обеспечивает яркое сияние и даже защищает нас от вредного космического излучения. Это очень важно для защиты нашей желанной атмосферы.

Намагниченные частицы в лавовых породах вдоль поверхности Земли фиксируют направление магнитного поля нашей планеты. Таким образом, по данным National Geographic, ученые могут сказать, что магнитные полюса Земли со временем менялись, и что тектонические плиты, на которых мы живем, постепенно перемещаются.

В последние годы смещение магнитных полюсов Земли набирает обороты. Некоторые исследования показали, что они путешествуют со скоростью 35 миль в год. Это может нарушить работу навигационных систем, а вызвать головную боль у путешественников .

Наше увлечение магнетизмом насчитывает тысячи лет. Жители Мезоамерики рано начали понимать эту силу, и греки первыми задокументировали ее чудеса. Это увлечение не угасло с годами.Наше понимание магнетизма сыграло решающую роль в формировании мира, в котором мы живем сегодня.

Без него мы бы потерялись. Буквально.

Дженнифер Леман Дженнифер Леман — научный журналист и редактор новостей в Popular Mechanics, где она пишет и редактирует статьи о науке и космосе.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Магнетизм — обзор | Темы ScienceDirect

1.1 Магнитный углерод

Магнетизм в органических материалах является желанным явлением с технологической точки зрения, поскольку эти материалы обычно дешевле в производстве, чем их обычные металлические аналоги. Кроме того, они легкие и отличаются низким энергопотреблением. Органические ферромагнетики теоретически имеют высокую достижимую удельную намагниченность ( i.е., намагниченность / плотность), что превышает таковую для or-Fe. Это свойство делает магнитный углерод потенциально очень полезным. Органический магнит, реагирующий на свет, может привести к новым способам хранения и чтения больших объемов компьютерных данных [1].

Овчинников и Шамовский [2] предсказали ферромагнитную (FM) фазу для чистого углерода из смешанных sp ² и sp ³ связанных атомов углерода. Предлагаемое FM-состояние содержит равное количество sp ² и sp ³ C-атомов в единице объема, что соответствует максимально возможной концентрации (50%) неспаренных носителей ( i.e., sp ² C-атомов). Недавнее открытие магнитной фазы полимеризованных материалов C ₆₀ [3–5], характеризующихся высокими температурами Кюри (500 К [3], 820 К [6]) и малыми значениями намагниченности насыщения, привлекло исследовательский интерес как со стороны теоретических, так и теоретических аспектов. и технологическая точка зрения.

Однако это явление также подняло много основных вопросов относительно возможности существования и природы магнетизма в полимерах на основе C ₆₀ [7, 8].Эти вопросы возникают из-за того, что эти материалы не содержат d- или f — электронов, которые сильно взаимодействуют, в то время как новые магнитные материалы развивают новый тип магнетизма, основанный на слабовзаимодействующих s- и p. — электронов. Тем не менее экспериментальные данные продолжают расти. Были обнаружены и другие магнитные материалы на основе графита, включая, например, высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) [9], поверхность графита в присутствии адатомов углерода [10], волокна активированного угля [11–13], графитовые ленты [14], фторированный графит [15], гидрогенизированный нанографит [16] углеродная пена [17] и т. д.В то же время были обнаружены другие органические и неорганические магнитные материалы, обладающие общими чертами с полимерами FM на основе C ₆₀ . Среди них выделяются TDAE-C ₆₀ [18], радикалы p -нитрофенил-нитронил-нитроксид ( p- nnn) [19–22], гексабориты [23–27], оксиды структура каменной соли [28, 26], катион-замещенные оксиды (т.е. Co-замещенные катионы в ZnO и TiO ₂ [29, 30]) и т. д.

Далее мы исследуем и идентифицируем общие черты между магнитные углеродные (в частности, полимеры на основе C ₆₀ ) и другие новые магнитные материалы, упомянутые выше.Как будет показано ниже, наши исследования приводят нас к пионерским ранним работам МакКоннелла [31, 32], Бреслоу [33, 34] и Овчинникова [2] по органическим ферромагнетикам. Также будет показано, что электрон-электронные корреляции при наличии структурных дефектов, по-видимому, являются ключевыми факторами для развития магнитной фазы в углеродных материалах, и это обоснование может быть распространено и на все другие материалы. С этой точки зрения, магнитные материалы на основе углерода и, в частности, материалы на основе C ₆₀ , по-видимому, принадлежат к подклассу нового класса FM-материалов, которые следуют общему механизму образования ферромагнетизма [35, 28].Это классифицируется как дефектный магнетизм, и, как будет обсуждаться ниже, его можно рассматривать как обобщение магнетизма типа МакКоннелла-II.

Введение в магнетизм — Science Learning Hub

Магнетизм — это удивительная невидимая сила, она влияет на окружающую среду вокруг себя. Магнит — это материал, который может притягивать к себе определенные типы металлов. В отличие от многих других сил, магнетизм не должен касаться объектов, на которые он воздействует. Гравитация — это также невидимая сила, действующая на расстоянии.

Видя яблоко, падающее с дерева, никто не говорит: «Ух ты, это так здорово, увидишь падение яблока», или когда мяч для регби проходит через столб, это не интересно, но когда вы смотрите на два магнита , это так же естественно, но захватывающе и увлекательно!

Д-р Саймон Тейлор

Что вызывает магнетизм?

Вся материя состоит из атомов. В большинстве материалов электроны в атомах вращаются в разных направлениях. В магнитах все электроны вращаются в одном направлении.Только некоторые материалы обладают свойствами, позволяющими электронам делать это. Железо, кобальт, никель и некоторые породы, минералы и сплавы, содержащие много этих элементов, могут быть намагничены, например, сталь, магнетит и магнитный камень. Направление вращения электронов определяет направление магнитного поля.

Движение электронов заставляет объект иметь два полюса, называемых северным и южным. Северный полюс магнита обычно считается отрицательным, а южный полюс магнита — положительным.Если стержневой магнит разбивается на две части в попытке разделить полюса, в результате получатся два стержневых магнита меньшего размера, каждый из которых имеет как северный, так и южный полюс. Магнитные силы текут от северного полюса к южному, создавая магнитное поле.

Предмет, такой как железный гвоздь или стальная игла, можно намагнитить путем многократного поглаживания предмета в одном направлении сильным магнитом. Это заставит электроны вращаться в одном направлении, и объект намагнитится.

Что происходит в магнитном поле?

Область, в которой действует магнитная сила, называется магнитным полем. Магнитные вещества притягиваются к магнитному полю. Железо является наиболее магнитным материалом и чаще всего притягивается к магниту. Сталь — это сплав железа, поэтому также можно использовать сталь.

Магниты также влияют друг на друга. Два противоположных полюса будут притягиваться друг к другу, а два одинаковых полюса (два северных полюса или два южных полюса) будут раздвигаться.

Хотя магнитное поле невидимо, его можно увидеть косвенно. Железные опилки, помещенные в магнитное поле, покажут, где проходят силовые линии. Маленькие компасы, помещенные в магнитное поле, покажут направление силового поля. Упражнение «Исследование магнетизма» объясняет, как вы можете это продемонстрировать.

Железные опилки и компасы косвенно свидетельствуют о наличии магнитного поля, из которого можно построить диаграмму, отображающую силовое поле.

Земля как магнит

Земля состоит из верхней коры, мантии, внешнего и внутреннего ядра.Именно эта структура заставляет Землю вести себя как гигантский магнит. Внутреннее ядро ​​Земли состоит в основном из железа и никеля. Внешнее ядро ​​расплавлено и вращается вместе с вращением Земли вокруг своей оси. Это вращение создает вокруг Земли магнитное поле с северным и южным полюсами. Полюса, как и у магнита, создают силовое поле, идущее с юга на север (в противоположность меньшим магнитам).

Магнитные объекты реагируют на силовое поле Земли, и это свойство позволяет происходить нескольким вещам:

• Компасы будут выровнены с магнитным полем, что позволит нам определить, где находятся север и юг, что очень полезно для навигации. — попробуйте сделать свой простой компас.
• Крошечные магнитные посылки в ушах перелетных птиц и рыб позволяют им определять направление и, таким образом, ориентироваться во время сезонных миграций.
• Солнечные ветры отклоняются магнитным полем, уменьшая воздействие радиации на поверхность Земли. Взаимодействие этих частиц с нашей атмосферой можно увидеть в полярном сиянии (южное и северное сияние).

Природа науки

Концепция бесконтактных сил, таких как магнетизм, требует от студентов мыслить абстрактно.Эта статья поддерживает развитие этого навыка — фундаментального для науки — помогая им интерпретировать представления о магнитных силах в действии.

Что такое магнетизм? — EWT

Фон

Магнетизм — это свойство атомов, которое создает поле, которое вызывает силу, притягивающую или отталкивающую другие объекты. Из Live Science: «Все материалы испытывают магнетизм, некоторые сильнее, чем другие.Постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм. За редким исключением, это единственная форма магнетизма, достаточно сильная, чтобы ее могли почувствовать люди ».

Такие предметы, как магнит, создают эту силу даже в состоянии покоя. Ферромагнитные объекты, такие как железо, имеют атомную конфигурацию, в которой больше электронов вращается в одном направлении, чем в противоположном. Следовательно, магнетизм связан со спином электрона.

Когда ток индуцируется электрическим полем, он заставляет электроны двигаться, изменяя магнитное поле.Электрические поля и магнитные поля связаны между собой — электромагнетизм . В телефонах, например, для воспроизведения звука используется электромагнетизм. Это лишь одно из бесчисленных приложений, в которых используется электромагнетизм.

Кредит: Милан Б. Shutterstock

---

Пояснение

Магнетизм — это поперечная волна, вызванная вращением частицы, например электрона или протона. Спин электрона описывался расположением волновых центров в узле стоячей волны.Электрон является стабильной частицей, потому что большинство волновых центров расположены на длинах волн, расположенных в этих узлах. Тетраэдр предлагается как геометрическое образование волновых центров для электрона. В этой конфигурации, по крайней мере, один волновой центр всегда находится вне узла, и он будет находиться на узле (см. Красный шар на иллюстрации ниже). Достигнув узла, он вытесняет другой центр волны за пределы узла, и это постоянное изменение положения вызывает вращение электрона. При вращении он создает поперечную волну в осевом направлении (см. Красные линии).Вся частица вращается, поэтому при вращении она создает эти волны в разных направлениях. Волны обладают свойствами конструктивной и деструктивной интерференции, поэтому, в зависимости от вращения спина, они могут добавлять или вычитать амплитуду волны, поскольку интерферируют с другими частицами. Это создает магнитные линии, как показано ниже.

Частицы движутся, чтобы минимизировать амплитуду волны, поэтому в большинстве атомов минимизированы как амплитуда продольной волны, так и амплитуда поперечной волны. Вот почему протоны притягивают электроны, чтобы быть стабильными, и почему для каждой орбитали требуются электроны с противоположным спином.В случаях, когда имеется больше электронов, имеющих одинаковый спин, чем противоположный спин (например, железо), амплитуда волны будет конструктивной и вызовет силу магнетизма, даже если электроны находятся в состоянии покоя. Это ферромагнетизм. Подробные сведения о магнитной силе, ее уравнении и расчетах представлены здесь.

Частицы — это волны — законы идентичны

Взаимосвязь между частицами и полями обсуждается в этом разделе, поскольку это важно для объяснения электромагнетизма.В квантовой механике частица может быть как частицей, так и волной, сбивающий с толку принцип, называемый дуальностью волна-частица. И то, и другое. Частица состоит из волновых центров, которые поддаются измерению и имеют известное местоположение, но эти волновые центры отражают волны — как продольные, так и поперечные. Частица состоит из энергии стоячей волны от отражения продольных волн. Электрическая сила — это бегущие продольные волны, которые отражаются за пределами радиуса частицы, а магнитная сила — это бегущие поперечные волны, создаваемые вращением частицы.

Иллюстрация выше предназначена для использования в качестве значков для диаграмм на этой странице, которые описывают частицу в состоянии покоя и в движении, а также ее влияние на продольные и поперечные волны. Одним из самых интересных открытий при работе над теорией энергетических волн была взаимосвязь между полями, создаваемыми волнами, и энергией и силами частицы. Энергия всегда сохраняется. Когда энергия поля сравнивается с энергией электронной частицы, на классическом радиусе электрона оказывается равным

Электрическое поле и магнитное поле

Покоящийся электрон изображен слева на следующей диаграмме.Обычно частицы рассматриваются как объект в определенном объеме. Хотя это верно для частицы, это верно только для ее стоячих волн. Он продолжает иметь бегущие волны за периметром частицы (классический радиус электрона). Это изображение справа на схеме. Выходящие из электрона волны бывают как продольными (электрическая сила), так и поперечными (магнитная сила). Магнитный момент электрона был получен в магнетоне Бора, и было показано, что выигрыш в поперечной энергии равен потере продольной энергии, которая становится гравитацией.

Энергия частицы рассчитывается с использованием эквивалентности массы и энергии E = mc ² . За пределами радиуса частицы это все еще энергия, но теперь она находится в форме бегущих волн. Эта энергия на измеримом расстоянии представляет собой электрическую силу. Кулоновская энергия рассчитывается как E = mc ² * (r _e / r), где r _e — радиус электрона. Поскольку сила — это энергия на расстоянии, кулоновская сила (электрическая сила) равна F = mc ² * (r _e / r ² ).Это обеспечивает те же вычисления, что и уравнение Кулона. Он показывает, что энергию продольных волн для частиц можно измерить в любой точке пространства (поле).

Индукция — Электрон в движении (продольная волна)

Когда электрон ускоряется, его силу можно рассчитать, умножив его массу на ускорение, что известно как второй закон движения Ньютона (F = ma). Продольная амплитуда электрона изменяется в результате ускорения, как показано на следующем рисунке.Когда электрон увеличивает амплитуду в одном направлении, он может заставить другой электрон двигаться в соответствии с правилом минимизации амплитуды волны. Электронам не нужно на самом деле касаться, чтобы вызвать силу и движение. То же самое и с материей, состоящей из частиц. При столкновении двух автомобилей частицы физически не соприкасаются. Электрическая сила вызывает увеличение амплитуды волны и отталкивает частицы.

Можно показать, что индукция равна второму закону движения Ньютона при рассмотрении энергии частицы, измеренной на радиусе электрона.Сравнение закона движения Ньютона сравнивается с уравнением Новой индукции Роберта Дистинти, поскольку это уравнение позволяет вычислить силу для точечной частицы (электрона). Результаты сравнивают второй закон Ньютона с Новой индукцией Дистинти, а затем с формой уравнения с волновой постоянной энергией. Все трое равны, что подтверждает работу Дистинти по индукции и магнетизму. Подробности законов Ньютона и законов индукции и магнетизма Дистинти можно найти здесь.

Электромагнетизм — Электрон в движении (поперечная волна)

Как и в случае индукции, энергия спина частицы равна энергии волны, которую она производит в форме поперечных (магнитных) волн.Когда электрон находится в движении, например, при индуцированном токе, волновые центры будут вращаться быстрее, поскольку он приближается к волнам с более высокой частотой. В частице эту силу можно рассчитать как центростремительную силу. И снова радиус — это классический радиус электрона, в котором энергия равна. Когда масса и радиус электрона вводятся в уравнение центростремительной силы, можно доказать, что это сила электромагнетизма. Уравнение нового магнетизма Роберта Дистинти используется для этого сравнения из-за возможности использовать для сравнения форму точечной частицы.Энергия, измеренная на классическом радиусе электрона для уравнения центростремительной силы, нового магнетизма Дистинти и формы волновой постоянной энергии уравнения идентичны. Результаты будут опубликованы в ближайшее время, и в этот раздел будет добавлена ​​ссылка.

Электромагнетизм — это результат действия тока, когда электроны реагируют на увеличение продольных волн, вызывающих их движение. Увеличенная скорость электрона затем вызывает более быстрое вращение, создавая более сильную амплитуду поперечной волны.В большинстве атомов тяжелый протон останется в покое. Он сохраняет свое вращение и амплитуду поперечной волны, которые когда-то нейтрализовали амплитуду поперечной волны электрона. Но теперь в движении амплитуда волны электрона увеличивается так, что он больше не компенсируется протоном. Чем быстрее движется электрон, чем быстрее вращается, тем больше разница в поперечных амплитудах. Это соотношение между электрической силой и магнитной силой в так называемом электромагнетизме .

---

Видео — Что такое магнетизм?

Видео What is Magnetism ниже дает объяснение магнитных сил и того, как законы электромагнетизма соотносятся с законами материи.

---

Магия магнетизма

Магнетизм — огромная часть некоторых очень передовых технологий, которые имеют большое значение в нашем мире. Давайте рассмотрим несколько важных технологий, в которых магнетизм играет большую роль.

Жесткие диски — важная часть любой компьютерной системы, а магнетизм — ключ к их работе. На жестких дисках для хранения информации используются диски из магнитного материала, называемые пластинами.

Пластина жесткого диска © Wikipedia Commons Головка чтения / записи © Wikipedia Commons

Электромагнит в головке чтения / записи записывает информацию на диск, намагничивая небольшие участки диска, называемые секторами, в том или ином направлении, чтобы указать 1 или 0.Та же головка чтения / записи также определяет ориентацию этих секторов при чтении информации с диска. Ранее секторы на пластинах намагничивались параллельно поверхности пластины. Такой стиль записи получил название продольной записи.

Однако прорыв был сделан путем намагничивания пластин перпендикулярно пластине, что позволило хранить больше информации в том же объеме физического пространства. Этот новый стиль, называемый перпендикулярной записью, позволил значительно увеличить емкость жестких дисков.

Посмотрите это видео от Hitachi Global StorageTechnologies, чтобы узнать больше о новом методе записи.

Получите перпендикуляр!

Магнитно-резонансная томография — это пример применения магнетизма в медицине. Эта технология представляет собой тип медицинской визуализации, который использует магнетизм и большой процент воды в человеческом теле для получения детальных изображений тканей и структур человеческого тела.МРТ-изображения отличаются высокой контрастностью и позволяют врачам легче и точнее исследовать различные типы тканей в той или иной области тела.

МРТ-изображение головы человека. © Даниэль Швен

Аппараты

МРТ помещают пациента в центр длинного цилиндра, окруженного большими мощными постоянными магнитами, электромагнитами, а иногда и сверхпроводящими магнитами, а также множеством катушек с проволокой.

Аппарат МРТ. © Википедия Commons

Когда тело оказывается внутри машины, молекулы воды (особенно атомы водорода) внутри тела намагничиваются в том же направлении большим магнитным полем.Затем радиочастотный импульс направляется в конкретную исследуемую область тела. Различные типы тканей тела реагируют на разные частоты. Радиочастота возбуждает атомы водорода в определенной ткани и заставляет их расставаться с остальными атомами водорода в организме. Когда радиочастота удаляется, возмущенные атомы водорода медленно возвращаются в намагниченное состояние. Когда они возвращаются в магнитное поле машины, они высвобождают энергию, полученную от радиочастоты.Катушки с проволокой в ​​машине обнаруживают высвобождаемую энергию, и изображение формируется из обнаруженных всплесков энергии.

© www.sciencelearn.org © www.sciencelearn.org

Shanghai Transrapid © Wikipedia Commons JR-MLX01 Поезд на маглеве © Wikipedia Commons

Поезда с магнитной левитацией, чаще называемые поездами MagLev, — это технология, которая в будущем может существенно изменить то, как мы путешествуем. Эти поезда используют магнетизм, чтобы «плыть» без трения по специальному рельсовому пути, что обеспечивает более быстрый и эффективный способ передвижения.Эти поезда способны развивать скорость более 300 миль в час и намного более энергоэффективны, чем другие формы передвижения.

Как правило, поезда на магнитной подвеске имеют магнитную дорожку, которая отталкивает другие магниты, размещенные на поезде, позволяя поезду парить над железнодорожным полотном. Другие магниты размещены по бокам поезда и по бокам пути, чтобы держать поезд на курсе и не дать ему покинуть путь. Затем движущееся магнитное поле используется для продвижения поезда вперед.

Направляющие и поддерживающие магниты на трассе © www.transrapid.de

В настоящее время открыта и работает коммерчески одна система Maglev — Transrapid в Шанхае, Китай. Transrapid — это немецкая конструкция, в которой используются электромагниты в вагоне поезда и рельсах для обеспечения подъемной силы и тяги, необходимой для движения поезда. В настоящее время разрабатываются и другие конструкции. В Японии в поезде JR-MLX01 Центральной японской железнодорожной компании используются сверхпроводящие магнитные катушки вместо обычных электромагнитных катушек. Такой тип системы называется электродинамической системой.Конструкция JR-Maglev установила текущий рекорд скорости Maglev — 361 миль в час. Наконец, третий дизайн разрабатывается Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса в Калифорнии. Эта конструкция, получившая название Inductrack, предназначена для подъема и движения поезда без постоянного использования электроэнергии на пути или в поезде.

© www.phys.uaf.edu

В этой конструкции используются специальные устройства из постоянных магнитов на поезде и катушки с проволокой в ​​рельсовом пути. Хотя сначала требуется небольшая внешняя сила, чтобы поезд начал движение, как только поезд достигнет минимальной скорости, движение поезда вызовет токи в витках проволоки на пути, которые будут обеспечивать подъемную силу, необходимую для плавания поезда. .Следовательно, для поддержки поезда не требуется долговременного источника питания, а требуется только его собственное движение. Хотя полная модель не была построена с использованием дизайна Inductrack, НАСА инвестировало в конструкцию в надежде запустить ракеты с использованием технологии магнитолевой подвески.